ITMI20080252U1 - Casco protettivo dotato di sistema di misurazione di velocita' e processore compatto per salvataggio e conservazione dei dati acquisiti - Google Patents

Description

DOMANDA DI BREVETTO PER MODELLO D’UTILITÀ

TITOLO

Casco protettivo dotato dì sistema per misurazione di velocità e processore compatto per salvataggio e conservazione dei dati acquisiti,

RIASSUNTO

Il sistema che sì intende brevettare si propone di realizzare un casco protettivo per diverse discipline sportive (in particolare sci e bici) che permetta ali’utilizzatore, tramite anemometro, di ottenere informazioni su parametri quali velocità, pressione atmosferica, Il sistema, dotato di piccolo processore e sistema di immagazzinamento dati può supportare ulteriori sensori per eventuale rilevazione di altre misure quali, per esempio la temperatura.

Il sistema anemometrico può essere realizzato mediante: anemometro a palette, tubo di Pitot con rilevazione differenziale di pressione,

li sistema che utilizza l’anemometro a palette prevede la rilevazione della velocità mediante la misura della velocità di rotazione di un piccolo anemometro posto sulla sommità del caso, e la correlazione di questa con la velocità a cui si muove il soggetto che sta indossando il caso.

Il tubo di Pitot prevede l’acquisizione dì una pressione differenziale ricavata mediante l’acquisizione su punti differenti del casco di una pressione totale e di una pressione statica, che tramite un micromanometro permettono di risalire istantaneamente alla velocità con cui l’oggetto e quindi il suo utilizzatore si stanno muovendo.

Tutti i sistemi di rilevazione di velocità prevedono quindi che l’utilìzzatore riceva informazioni sulla sua velocità in tempo reale mediante: un segnale audio tarato precedentemente su una velocità limite o tramite un led luminoso posizionato in modo appropriato all'interno del casco e che si illumina quando si raggiunge una velocità precedentemente impostata o, infine tramite un mini display luminoso installato sulla maschera o occhiali utilizzati dallo sciatore.

Il sistema permette poi, mediante l’integrazione nel casco di un microprocessore e di una pìccola memoria di massa, di salvare i parametri acquisiti dal sensore e conservare nel tempo uno storico dei parametri desiderati.

Il trovato si compone quindi di un anemometro, integrato all’interno di un casco protettivo per discipline sportive, che permette all'utilizzatore di conoscere informazioni sulla propria velocità e su parametri ambientali in cui sì trova quali la pressione atmosferica e la temperatura.

Al momento lo stato di realizzazione tecnica dell’oggetto ha superato la fase di design e progettazione tecnica e assemblaggio e si trova in attesa di essere sottoposto a prove in galleria del vento atte a dimostrare l’efficienza e il livello di precisione raggiunta, cercando di ottimizzare la posizione dei trasduttori di pressione sulla superficie del casco.

DESCRIZIONE

Con questo sistema si intende fornire un nuovo strumento ai praticanti di discipline sportive in cui risulta utile se non fondamentale la conoscenza di parametri quali la velocità con cui lo sportivo si sta muovendo o parametri ambientali come pressione e temperatura deH’aria.

Il trovato prevede quindi di realizzare un sistema compatto e funzionale in grado di fornire informazioni al suo utilizzatore, e prevede in alternativa a questo scopo l’integrazione nel casco dì uno dei due sistemi di rilevazione della velocità con relative catene di misura miniaturizzate descritti in seguito.

Rilevazione della velocità tramite anemometro

Il sistema prevede l'integrazione di un piccolo anemometro con annesso la parte mobile di un sensore di prossimità, che rilevi l’avvenuta rotazione dell’anemometro. Il segnale analogico, di tipo periodico, con periodo dipendente dalla velocità con cui ruota il sensore anemometrico, viene trasmesso ad un microcontrollore di tipo PIC, il quale viene programmato in modo da rilevare automaticamente il numero di giri per minuto che l’anemometro sta compiendo. Tramite una semplice funzione di trasferimento programmata nel PIC, il valore dato dal numero di giri per minuto viene trasformato in un valore di velocità. Il PIC ha quindi un’uscita dì tipo digitale che può essere utilizzata per comandare uno dei sistemi di comunicazione verso l’utente sopra elencati (sistema acustico, visivo tipo led e visivo tipo display). Un ulteriore sistema di rilevazione comprendente termocoppia e PIC può rendere disponibile la misura di temperatura.

Il PIC può inoltre gestire una piccola memoria di massa per l’archiviazione delle misure che possono essere poi scaricate, per un’analisi successiva, su un comune computer tramite porta USB o Seriale di tipo RS-232 e relativo software d’interfaccia.

Il principio di funzionamento di questa apparecchiatura si basa, quindi, suH’utìlizzo di un anemometro a palette il cui funzionamento, ormai noto e utilizzato in diversi campi, si basa sulla forza trasmessa dalla pressione di un fluido verso le palette di cui è composto l’anemometro stesso. Le caratteristiche dell’anemometro che permettono la rilevazione della velocità quali: numero di palette, dimensioni di queste, momento d’inerzia del rotore, posizione dell’anemometro sul casco, possono variare a seconda delle caratteristiche aerodinamiche del casco e delle velocità che si vogliono rilevare.

Rilevazione della velocità tramite tubo di Pitot

Il trovato prevede in primo luogo l’integrazione di un tubo di Pitot miniaturizzato all’interno di un casco protettivo in grado, tramite la lettura differenziale di pressione totale e statica, di calcolare la velocità del corpo. In secondo luogo si prevede la possibilità dì conoscere pressione e temperatura ambientale (con integrazione di un ulteriore micro sensore) e la possibilità di far pervenire all’utilizzatore istantaneamente le informazioni acquisite.

Si intravedono, in particolare, utilizzi interessanti in campo sciistico, dove stanno per essere introdotti o (in alcuni stati europei) lo sono già limiti di velocità nella percorrenza delle piste, a causa del notevole incremento dì incidenti avvenuti negli ultimi anni, spesso con gravi conseguenze per la salute e il mantenimento dell'integrità fisica degli sportivi.

Introducendo dei limiti di velocità sulle piste, si è generata la necessità dì dotare gli sciatori di uno strumento in grado di segnalare loro la velocità al fine di non superare i limiti o di presentare un ricorso in grado ritenessero di incappare in sanzioni non giustificate magari causate da errori di misure degli strumenti utilizzati da chi preposto sulle piste a controllare l'attività sportiva e comminare eventuali sanzioni.

Prevedendo inoltre la possibilità di salvare e conservare i dati in un microprocessore si ritiene ci possano essere notevoli applicazioni e vantaggi dell'utilizzo di tale strumento nella pratica sportiva agonistica.

Il tubo di Pitot è uno strumento che.note la direzione ed il verso locali della corrente e la densità del fluido, consente di rilevare il modulo del vettore velocità locale, attraverso le misure della pressione totale Ptot e della pressione statica p. E’ uno strumento di buona affidabilità e ottima precisione, ma inadatto alla misura della velocità istantanea in correnti fortemente non stazionarie 0 turbolente. I tempi di risposta della catena di misura delle pressioni (prese, canalizzazioni e trasduttore o manometro) sono infatti piuttosto elevati e la risoluzione spaziale è modesta (il volume di misura è difficilmente inferiore a qualche decina di millimetri cubici).

Principio di funzionamento

Il funzionamento del tubo di Pìtot si basa sulla definizione di pressione totale che, in un determinato punto del campo di moto Px, y, z, ed in un determinato istante t è data dalla somma della pressione statica p e della pressione dinamica:

che viene generalmente riscritta per semplicità nella forma:

omettendo dì indicare esplìcitamente la dipendenza dal punto e dall'istante di tempo. E' evidente che, qualora di due grandezze siano note la somma (la pressione totale) ed il valore di una di esse (la pressione statica), è immediato ricavare il valore della seconda, ovvero della pressione dinamica:

e da questa, se è nota la densità del fluido, il modulo della velocità:

Altrettanto evidente è il fatto che, dal momento che il tubo di Prtot viene necessariamente impiegato in correnti di fluidi viscosi il cui atto di moto è, altrettanto necessariamente, rotazionale (non fosse che per la presenza di uno strato limite sulla superficie del Pitot stesso) non sussiste, in generale, alcuna delle ipotesi di validità del teorema di Bernoulli. Il problema della misura del modulo della velocità in un punto P del campo di moto, all'istante t „ si riconduce quindi a quello della misura delle pressioni totali e statica della corrente, nel medesimo punto ed istante temporale.

Tutto quello che è stato spiegato in precedenza si può evincere meglio dalle foto presentate nelle 4 tavole allegate alla domanda di brevetto e che mostrano i disegni tecnici delle 2 soluzioni proposte.

In Figura 1 - Tavola 1 possiamo vedere un insieme del casco con anemometro dove risulta il suo posizionamento sul casco.

In Figura 2 - Tavola 1 è possibile vedere un ingrandimento dell’alloggiamento per l’anemometro a palette (particolare [1]).

In Figura 3 - Tavola 2 sono dettagliati i componenti che fanno parte del sistema di misura del casco con anemometro a palette;

Tavola 2 - Figura 3 - Particolare [2] è evidenziata la posizione della scheda di elettronica integrata all'interno della catena di misura.

Tavola 2 - Figura 3 - Particolare [3] è evidenziata la posizione della pila che alimenta il sistema.

Tavola 2 - Figura 3 - Particolare [4] è evidenziata la posizione del sensore di prossimità della parte statica

Tavola 2 - Figura 3 - Particolare [5] è evidenziata la posizione del sensore di prossimità della parte rotante

Tavola 2 - Figura 3 - Particolare [6] è evidenziata la posizione del rotore dell’anemometro a palette

Tavola 2 - Figura 3 - Particolare [7] è evidenziata la posizione del corpo centrale in rotazione dell’anemometro dove sono istallate le palette.

In Figura 4 - Tavola 2 è mostrata una vista in sezione del casco con anemometro a palette e il posizionamento, attualmente previsto, dei componenti del sistema di misura con anemometro.

In Figura 5 e Figura 6 (T avola 3) sono mostrati il casco con tubo di Pitot e un particolare dell’alloggiamento pensato per il trasduttore di pressione e altri componenti del sistema di misura.

Tavola 3 - Figura 6 - Particolare [8] è indica l'alloggiamento pensato per il trasduttore di pressione e gli altri componenti del sistema di misura che sono messi in risalto in Figura 7 - Tavola 4.

In Figura 7 - Tavola 4 sono mostrati i componenti che fanno parte del sistema di misura del casco con tubo di Pitot:

Tavola 4 - Figura 7 - Particolare [9] è indicata la posizione prevista per la pila che alimenta il sistema.

Tavola 4 - Figura 7 - Particolare [10] è indicata la posizione prevista per la scheda di elettronica integrata all'interno della catena di misura.

Tavola 4 - Figura 7 - Particolare [11] è indicata la posizione prevista per la presa di pressione totale.

Tavola 4 - Figura 7 - Particolare [12] è indicata la posizione prevista per la presa di pressione statica.

Tavola 4 - Figura 7 - Particolare [13] è indicata la posizione prevista per il trasduttore di pressione.

In Tavola 4 - Figura 8 è mostrata una vista in sezione del casco con tubo di Pitot.

Claims (1)

1. Rivendicazioni: Rivendicazione 1: Un casco protettivo per uso sportivo o altro utilizzo equivalente che integra al suo interno, per la prima volta, un sistema di misura della velocità tramite anemometro. Rivendicazione 2: Un casco protettivo per uso sportivo o altro utilizzo equivalente che integra un sistema di misura della velocità realizzato tramite un anemometro che può essere in alternativa o un anemometro a palette o un tubo di Pitot, miniaturizzati. Rivendicazione 3: Un casco protettivo per uso sportivo o altro utilizzo equivalente che, oltre al trovato della rivendicazione 1 e 2, prevede l’utilizzo di un sensore acustico, che sorpassata una velocità limite, segnala all’utilizzatore del casco il superamento del lìmite imposto. Rivendicazione 4: Un casco protettivo per uso sportivo o altro utilizzo equivalente che, oltre al trovato della rivendicazione 1 e 2, e in alternativa al trovato della rivendicazione 3, prevede l'utilizzo di un visore a cristalli liquidi in grado di visualizzare sulla visiera del casco la velocità tenuta dall’utilizzatore o in alternativa un LED luminoso integrato nel casco in posizione visibile durante l’utilizzo del casco stesso. Rivendicazione 5: Un casco protettivo per uso sportivo o altro utilizzo equivalente che, oltre al trovato della rivendicazione 1, 2, 3 e 4, prevede l’utilizzo di un microprocessore inglobato all'interno del casco che viene utilizzato per elaborare segnali ricevuti dal trasduttore di pressione e trasformarli o in un segnale acustico o in un segnale per visore Icd che visualizza a schermo il dato di velocità o in segnale luminoso con lampade LED che lampeggia o si illumina in caso di superamento del limite di velocità imposto. Il microprocessore può essere anche utilizzato per memorizzare tutti i parametri acquisiti in un arco di tempo, (velocità, temperatura atmosferica, umidità) per permettere poi successivamente all'utitizzatore di salvare i dati acquisiti durante il suo utilizzo su un pc e archiviare quindi tutte le informazioni memorizzate in un preciso arco temporale o, in caso di utilizzo a scopi agonistici, durante gli allenamenti o le gare stesse.