ITDP20090019A1

ITDP20090019A1 - REMOTE MONITORING SYSTEM INCRINATURE - S.M.R.I.

Info

Publication number: ITDP20090019A1
Application number: IT000019A
Authority: IT
Inventors: Pasquale Mongillo
Original assignee: Pasquale Mongillo
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-06-01

Description

"Sistema di Monitoraggio Remoto Incrinature? "Remote Crack Monitoring System?

RIASSUNTO SUMMARY

Il Sistema di Monitoraggio Remoto Incrinature-in sigla S.M.R.I.- ? un dispositivo elettronico costituito essenzialmente da un trasduttore di posizione stabilizzato in temperatura ed in tensione di alimentazione. The Crack-in Remote Monitoring System, abbreviation S.M.R.I.-? an electronic device essentially consisting of a position transducer stabilized in terms of temperature and power supply voltage.

Il circuito ? basato sul classico schema a ponte di Wheatstone opportunamente modificato con l'inserzione di una resistenza variabile di zero e di un sensore di posiziQne lineare. The circuit? based on the classic Wheatstone bridge scheme suitably modified with the insertion of a variable zero resistor and a linear position sensor.

Il ponte permette di prelevare , e quindi di trattare, un segnale elettrico di tensione dell' ordine di alcune decine di millivolt ovvero un segnale di corrente dell' ordine delle decine di microampere. Il segnale riprodotto su uno strumento analogico permette di tarare direttamente lo strumento in mm. Con componenti commerciali di tolleranza 5% lo strumento raggiunge una precisione del centesimo di millimetro. The bridge allows to take, and therefore to process, an electrical voltage signal of the order of a few tens of millivolts or a current signal of the order of tens of microamps. The signal reproduced on an analog instrument allows the instrument to be calibrated directly in mm. With commercial components of 5% tolerance the instrument reaches an accuracy of one hundredth of a millimeter.

Applicazione fondamentale del sistema ? il monitoraggio delle incrinature nei materiali di diversa natura (muratura, legno.metallo etc.), essendo insensibile alla tipologia del supporto ,al trascorrere del tempo e/o al variare delle sollecitazioni. Il segnale da trattare pu? essere interfacciata /acquisito /trattato anche sottoforma elettronica ed in remoto. Allo stato della tecnica le incrinature (crepe) , per esempio, in campo edile, vengono monitorate mediante l'apposizione di vetrini frangibili che danno solo una stima qualitativa dell' entit? e risulta difficile fare un confronto per stabilire la necessaria sicurezza /stabilit? della costruzione applicando la teoria dello stato limite di apertura delle fessure secondo la norma vigente ( Norma UNI EN 1992-1-1:2005 paragrafo 7,3) cosa invece molto agevole mediante un siffatto monitoraggio. Fundamental application of the system? monitoring of cracks in materials of different nature (masonry, wood, metal etc.), being insensitive to the type of support, to the passage of time and / or to varying stresses. The signal to be treated can? be interfaced / acquired / processed also in electronic form and remotely. In the state of the art, cracks (cracks), for example, in the construction field, are monitored by affixing breakable slides which only give a qualitative estimate of the entity. and it is difficult to make a comparison to establish the necessary safety / stability? of the construction by applying the theory of the limit state of opening of the cracks according to the current standard (Norm UNI EN 1992-1-1: 2005 paragraph 7.3) which is instead very easy through such monitoring.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La generazione del segnale di riferimento viene ottenuta mediante un circuito a ponte di Wheatstone in un ramo del quale ? inserito un sensore di posizione lineare (slider) e viene alimentato mediante una tensione assolutamente stabilizzata ottenuta applicando in serie due integrati stabilizzatori di tensione con ampio margine di regolazione da 12V a 8 V il primo e da 8V a 5V il secondo .SI ?- previsto anche un condensatore da 10?pF per cortocircuitare a massa eventuali disturbi indotti ELF ed una induttanza di filtro all' ingresso del ponte per bloccare eventuali disturbi spurii(cfr. Schema elettrico Fig.1). The generation of the reference signal is obtained by means of a Wheatstone bridge circuit in a branch of which? inserted a linear position sensor (slider) and is powered by an absolutely stabilized voltage obtained by applying in series two integrated voltage stabilizers with a wide range of adjustment from 12V to 8V the first and from 8V to 5V the second. also a 10? pF capacitor to short-circuit any ELF induced disturbances to ground and a filter inductance at the bridge input to block any spurious disturbances (see Wiring diagram Fig.1).

Come ? noto dall' elettronica generale un ponte di Wheatstone ? in equilibrio quando il prodotto delle resistenze dei lati opposti a due a due ? identico. Ogni squilibrio di tale valore ohmico genera una tensione o una corrente nella diagonale di misura del ponte. Indicata con Vab la tensione di squilibrio e con Val quella di alimentazion?.con R la resistenza di ciascuno dei tre lati e con Rt =R+t la resistenza del lato di misura nel quale t rappresenta lo scostamento dal valore d'equilibrio si ha: How ? known from general electronics a Wheatstone bridge? in equilibrium when the product of the resistances of the opposite sides two by two? identical. Each imbalance of this ohmic value generates a voltage or a current in the measuring diagonal of the bridge. Indicate with Vab the unbalance voltage and with Val that of power supply. With R the resistance of each of the three sides and with Rt = R + t the resistance of the measurement side in which t represents the deviation from the equilibrium value. :

(1 ) Vab= Val (Rt/R+RM /2)=Val/2(Rt-R/Rt+R) (1) Vab = Val (Rt / R + RM / 2) = Val / 2 (Rt-R / Rt + R)

nella quale sostituendo Rt con R(1+r) si ottiene: in which replacing Rt with R (1 + r) we obtain:

(2) Vab=Val/2(r/2+r) (2) Vab = Val / 2 (r / 2 + r)

che ? equazione non lineare per valori di r confrontabili con 2. that ? non-linear equation for values of r comparable to 2.

(3) (3)

Se r?2 l'espressione diventa : If r? 2 the expression becomes:

(4) Vab=Val/4 r (4) Vab = Val / 4 r

che ? manifestamente lineare. that ? manifestly linear.

Dalla (2) si ricava direttamente, essendo Val una costante perch? ? una tensione stabilizzata, la variazione di r in funzione di Vab e .tramite la variazione di r iessendo il sensore lineare, si ricava la variazione di ampiezza dell' jncrinatura. . From (2) we obtain directly, being Val a constant why? ? a stabilized voltage, the variation of r as a function of Vab and, by means of the variation of r ier being the linear sensor, the variation in amplitude of the crack is obtained. .

Tutto il circuito ? stabile rispetto alle, variazioni termiche in quanto tutti i quattro elementi del ponte sono allocati nel medesimo ambiente e subiscono le medesime sollecitazioni termiche. -Si dimostra agevolmente infatti chej dette R1,R2,R3,R4 le resistenze dei quattro lati se R1 xR3=R2xR4 The whole circuit? stable with respect to thermal variations as all four elements of the bridge are located in the same environment and undergo the same thermal stresses. In fact, it is easily demonstrated that called R1, R2, R3, R4 the resistances of the four sides if R1 xR3 = R2xR4

? pure : (R1+dR) x (R3+dR) = (R2+dR)x(R4+dR) per ogni incremento (decremento) dR di resistenza dovuta ad una variazione di temperatura (sia per PTC che per NTC). -Il valore di riferimento da trattare Vab ? funzione diretta di Val pertanto ? di assoluta importanza ottenere un valore costante nei tempo di Val. ? pure: (R1 + dR) x (R3 + dR) = (R2 + dR) x (R4 + dR) for each increase (decrease) dR of resistance due to a temperature variation (for both PTC and NTC). -The reference value to be treated Vab? direct function of Val therefore? of absolute importance to obtain a constant value in the time of Val.

Il valore costante di Val ? ottenuto mediante due circuiti integrati stabilizzatori di tensione in serie di fattura commerciale LM 7808L e LM78L05 o equivalenti. The constant value of Val? obtained by means of two commercial invoice integrated voltage stabilizer circuits LM 7808L and LM78L05 or equivalent.

La riduzione della sensibilit? ai disturbi ELF/EFI ? ottenuta mediante un condensatore di fuga da 100 pF posto in parallelo all' alimentazione tra i due stabilizzatori di tensione nonch? tramite un induttanza da 1 mH posta all'ingresso del ponte vero e proprio. The reduction of sensitivity? to ELF / EFI disorders? obtained by means of a 100 pF escape capacitor placed in parallel to the power supply between the two voltage stabilizers as well as? through a 1 mH inductance placed at the entrance to the actual bridge.

Tutte le connessioni sono effettuate mediante conduttori multipolari schermati con schermo collegato a massa e massa collegata a terra L'interno del contenitore del circuito ? schermato dai campi elettrici ed elettromagnetici con una gabbia di Faraday. All connections are made using shielded multipolar conductors with shield connected to earth and earth connected to earth. The inside of the circuit enclosure? shielded from electric and electromagnetic fields with a Faraday cage.

Per annullare eventuali potenziali spurii derivanti da induzione elettrostatica sui reofori di misura l'alimentazione del ponte ? prevista di un commutatore di polarit? che in fase di misura va impiegato per verificare il corretto mantenimento delio zero prima di effettuare la misura e/o l'acquisizione dati. To cancel any potential spurious deriving from electrostatic induction on the measuring leads, power supply of the bridge? expected of a switch of polarity? which during the measurement phase must be used to verify the correct maintenance of zero before carrying out the measurement and / or data acquisition.

In virt? del principio di funzionamento del circuito esso ? insensibile ai campi magnetici per cui pu? essere applicato per il monitoraggio anche su supporti di materiale conduttore elettrico o metallico nonch? dielettrico. In particolare noti influisce l? conducibilit? elettrica del supporto in esame n? la sua classificazione ai fini magnetici sia esso paramagnetico.diamagnetico o ferromagnetico. In virtue? of the operating principle of the circuit it? insensitive to magnetic fields so it can? be applied for monitoring also on supports of electrical or metallic conductive material as well as? dielectric. In particular, note affects l? conductivity of the support under examination n? its classification for magnetic purposes be it paramagnetic, diamagnetic or ferromagnetic.

La parte del sensore di posizione viene applicata ai due lembi della crepa da un lato tramite una vite ed un tassello(se muratura) o una vite autofilettante(se metallo/legno/etc).ll cursore viene applicato sull' altro lembo della struttura mediante un tassello con vite che blocca un tubetto calibrato nel quale viene inserito e fissato con collante il cursore. Fatto ci? .collegato l'alimentatore e manovrato il cursore di azzeramento si equilibra il ponte e si- toglie l'alimentazione. Quando si prevede un confrollo basta coliegare l'alimentazione e verificare lo scostamento dallo zero dello strumento. The position sensor part is applied to the two edges of the crack on one side by means of a screw and a plug (if masonry) or a self-tapping screw (if metal / wood / etc). a plug with a screw that blocks a calibrated tube into which the cursor is inserted and fixed with glue. Done there? .connected to the power supply and maneuvered the reset cursor, the bridge is balanced and the power supply is disconnected. When a check is foreseen, just connect the power supply and check the deviation from zero of the instrument.

L'assemblaggio dell' elettronica si prevede fatto interamente con componenti discreti (v. schema di montaggio Fig.3) su circuito stampato monofaccia il cui disegno ? riportato nelle allegate tavole grafiche F?g.2) ed il tutto chiuso in una capiente scatola di materiale plastico contenente anche la pila da 9V (tipo alcalino). The assembly of the electronics is expected to be done entirely with discrete components (see assembly diagram Fig. 3) on a single-sided printed circuit whose design? reported in the attached graphic tables F? g.2) and all closed in a large plastic box containing also the 9V battery (alkaline type).

Con tale dispositivo si raggiungono le seguenti finalit?: With this device, the following purposes are achieved:

1) determinazione, in tempo reale, in modo quantitativo, con precisione millimetrica, dell'ampiezza di crepe/lesioni/incrinature entro materiali varii dovute a cause varie; 1) determination, in real time, in a quantitative way, with millimeter precision, of the amplitude of cracks / lesions / cracks in various materials due to various causes;

2) valori ottenuti indipendenti da temperatura, disturbi elettrici, influenze dovute al tipo di materiale della struttura in esame; 2) values obtained independent of temperature, electrical disturbances, influences due to the type of material of the structure under examination;

3) semplice posizionamento del sistema; 3) simple positioning of the system;

4) sistema autoalimentato; 4) self-powered system;

5) bassissimo costo del dispositivo; 5) very low cost of the device;

6) possibilit? di controllo in remoto. 6) possibility? remote control.

Claims

CLAIMS 1 -Power supply double stabilization circuit; 2-Noise suppression circuit; 3-Modification of the Whetastone Bridge; 4-Portability? of the instrument; 5-Self-powering; 6-insensitivity? to the meteoactinometric conditions and the nature of the supports; 7-Quantitative determination of the values of the openings of the cracks / cracks provided directly in millimeters / tenths of a millimeter, etc ..