ITAN20090032U1 - Sensore sismografico di tipo elettromagnetico a bassissimo costo. - Google Patents

Description

Oggetto: sensore sismografico di tipo elettromagnetico a bassissimo costo 1. Descrizione del dispositivo.

Strutturalmente simile, ma non identico, all’ altoparlante, tale sensore si compone essenzialmente delle seguenti parti (cfr. fig. 1):

- complesso magnetico costituito dei 3 seguenti elementi: piastra con nucleo, magnete (meglio se al neodimio), piastra superiore;

- cestello, predisposto per accogliere una piastrina porta terminali (per esempio di tipo faeton);

- bobina mobile;

- 2 sospensioni elastiche separate, atte a garantire la centratura, rispetto al nucleo ed in generale all’asse del dispositivo, realizzate, per esempio, con tela adeguatamente trattata o con qualsiasi altro tipo di materiale che possa essere impiegato per garantire la costante elastica necessaria (si può pensare di utilizzare anche 2 lamine metalliche opportunamente sagomate e fungenti da molle di richiamo; cfr. fig. 2);

- conduttori di uscita, da una parte saldati ai fili della bobina mobile, dall’ altra ai terminali esterni;

- coperchio, atto ad isolare acusticamente e a proteggere da polvere o sporcizia il cuore del dispositivo.

Nota relativa alla realizzazione della bobina mobile: è bene realizzarla, data la piccola sezione del filo costituente l' avvolgimento, nel modo illustrato in figura 3, ovvero portando fuori i criteri con un conduttore di sezione ben maggiore di quella relativa al filo dell’avvolgimento.

Nota relativa all’assemblaggio del trasduttore: i criteri di costruzione sono identici a quelli impiegati nella costruzione dell’altoparlante.

2. Principi di funzionamento.

Ogni qualvolta, per qualsiasi ragione, la bobina mobile sia posta in movimento relativamente al complesso magnetico si genera ai terminali, per il noto fenomeno dell’induzione elettromagnetica, una forza elettromotrice o tensione. Più precisamente il valore di tale forza elettromotrice indotta è data da:

B * 1 * v

dove B è il valore di induzione magnetica nel traferro del complesso magnetico, 1 è la lunghezza del filo costituente ravvolgimento e v è la velocità della bobina mobile relativamente al complesso magnetico.

E’ chiaro che, per incrementare tale f.e.m. indotta ai massimi valori realizzabili, si può procedere come riassunto nei punti che seguono:

i) realizzare un complesso magnetico tale da massimizzare il valore di induzione magnetica nel traferro, per esempio utilizzando magneti ad alta efficienza, come i magneti al neodimio, ben noti nel settore industriale della produzione di altoparlanti;

ii) utilizzare, come filo dell’avvolgimento, un filo il più possibile di piccola dimensione e cioè tale da poter avvolgere sul supporto della bobina mobile un numero quanto più elevato di spire;

iii) utilizzare una coppia di sospensioni elastiche tale da consentire, compatibilmente con i buoni criteri di costruzione del dispositivo, una elongazione più alta possibile all’equipaggio mobile e dunque una velocità più alta possibile della bobina rispetto al complesso magnetico. Nota 1 : è da tener presente che oltre al precedente effetto di induzione e. m. ne sussiste un’altro, pure giustificabile in termini di legge di induzione e.m. e cioè: dato che il nucleo è magnetizzato è chiaro che, in generale, durante il movimento può aversi un flusso di campo magnetico concatenato all’avvolgimento variabile nel tempo e ciò senz’altro causerebbe la comparsa di un’addizionale forza elettromotrice indotta ai terminali di uscita del dispositivo. Se si vuole, come credo si debba, eliminare tale componente sarà sufficiente incrementare l’altezza del nucleo in maniera tale da garantire una costanza nel tempo, durante il movimento della bobina, del flusso magnetico concatenato alla bobina stessa.

Nota 2: se si volesse regolare opportunamente il fattore di smorzamento del moto dell’equipaggio mobile, sarà sufficiente avvolgere, coassiale all’avvolgimento primario, un secondo avvolgimento, e portando fuori i contatti, cortocircuitarlo (cfr. principio analogo di quello utilizzato nella costruzione dei freni elettromagnetici).

3. Applicazioni e modalità di impiego.

Uno dei possibili modi di impiego consiste nel vincolare il sensore ad un opportuno supporto e quest’ultimo alla terra o ad una struttura edile. Qualora il supporto sia posto in vibrazione, per effetto inerziale, la bobina verrà a sua volta posta in movimento rispetto al complesso magnetico, con ciò generando, per quanto discusso al punto 2, una f.e.m. indotta ai terminali di uscita, segnale elettrico costituente in definitiva una rappresentazione della sollecitazione meccanica che l’ha generato. In questo senso il dispositivo in oggetto è del tutto identico a quello che è noto come sismografo elettromagnetico.

E’ da tener ben presente, dato lo scarso ingombro ed il costo ridottissimo di un dispositivo del genere, quanto segue: se si volesse incrementare a piacimento la sensibilità in ricezione dell’onda elastica si dovrà disporre in serie un numero di unità identiche a quella descritta, averle opportunamente vincolate ad un supporto rìgido e quest’ultimo alla terra o ad una qualsiasi superficie vibrante (è noto infatti che collegando in serie più generatori di tensione, la f.e.m. risultante ai terminali esterni è pari alla somma di ciascuna delle f.e.m. relative ai singoli generatori).

E’ importante, inoltre, la seguente serie di considerazioni: in ogni stazione sismografica è necessario disporre di 3 sismografi, ciascuno sensibile alle sollecitazioni meccaniche lungo 3 assi cartesiani mutuamente perpendicolari. Non esiste, con il nostro sensore, nessun problema al riguardo. Ed infine la considerazione forse più importante per un’impiego concreto di quanto illustrato: dato il bassissimo costo di tali unità di trasduzione, data la facilità di installazione, è naturale pensare ad utilizzarle, in una generica abitazione privata, unitamente ad una elettronica di semplice realizzazione ed a unità di allarme, come allerta in caso di fenomeni sismici o altre calamità naturali quali tsunami, eruzioni vulcaniche, etc.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI Oggetto: sensore sismografico di tipo elettromagnetico a bassissimo costo. Pregi di rilievo del dispositivo in oggetto: 1. ottima efficienza per quanto riguarda la rilevazione di onde elastiche di tipo sismico; 2. costo estremamente contenuto; 3. producibilità del dispositivo con tirature di tipo industriale; 4.possibilità di orientamento dell'asse del dispositivo del tutto arbitraria; 5. possibilità di dotare ogni abitazione privata di una stazione sismografica di tipo commerciale; 6. possibile utilizzo del dispositivo come preallerta in caso di calamità naturali quali terremoti, tsunami, eruzioni vulcaniche, etc..