ITMI20120912A1 - Package in materiale edilizio per dispositivo di monitoraggio di parametri, all'interno di una struttura solida, e relativo dispositivo. - Google Patents

Description

“Package in materiale edilizio per dispositivo di monitoraggio di parametri, all’interno di una struttura solida, e relativo dispositivo.â€

DESCRIZIONE

SFONDO TECNOLOGICO DELL’INVENZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si riferisce a dispositivi elettronici integrati per il monitoraggio di parametri all’interno di una struttura solida, ed in particolare ad involucri (o “package†, come verranno in seguito chiamati, in accordo con il termine inglese comunemente usato) per tali dispositivi, aventi caratteristiche specifiche per tale tipo di applicazione.

Sono altresì compresi nell’invenzione un sistema di monitoraggio di parametri, impiegante il dispositivo sopra menzionato, all’interno di una struttura solida, ed un metodo di fabbricazione del medesimo dispositivo.

Descrizione dell’arte nota

In strutture solide, particolarmente in strutture portanti di, ad esempio, ponti, palazzi, gallerie, ferrovie, muri di contenimento, dighe, argini, solette e travi di edifici, condutture e strutture sotterranee di metropolitane urbane, e così via, à ̈ molto importante monitorare, in più punti, parametri significativi, quali ad esempio la pressione, la temperatura e gli sforzi meccanici.

Un tale monitoraggio, effettuato periodicamente o continuativamente, Ã ̈ utile sia in fase iniziale, sia durante il periodo di vita della struttura.

A tale scopo, à ̈ nota l’applicazione di dispositivi elettronici di monitoraggio basati su sensori elettronici, in grado di fornire buone prestazioni a costi contenuti. Solitamente, tali dispositivi sono applicati sulla superficie delle strutture da monitorare, o all’interno di recessi già previsti nella struttura ed accessibili all’esterno.

Tali dispositivi non sono però in grado di rilevare esaustivamente i parametri all’interno della struttura da monitorare, la cui conoscenza à ̈ molto utile al fine di valutare la qualità della struttura, la sua sicurezza, l’invecchiamento, la reazione a condizioni atmosferiche variabili, e così via.

Inoltre, tali dispositivi sono applicabili solamente dopo la costruzione della struttura, e non durante tale costruzione. Perciò, non sono in grado di valutare eventuali difetti iniziali.

In parziale risposta a queste esigenze, la soluzione mostrata nel brevetto statunitense US 6,950,767 prevede un dispositivo di monitoraggio elettronico interamente contenuto, cioà ̈ “sepolto†all’interno del materiale (ad esempio cemento armato) di cui à ̈ costituita la struttura da monitorare. Tale dispositivo à ̈ un intero sistema incapsulato in un unico contenitore, composto di diverse parti, assemblate su un substrato, quali circuiti integrati, sensori, antenne, condensatori, batterie, memorie, unità di controllo, ed altro ancora, realizzati in diversi “chip†tra loro connessi mediante connessioni elettriche realizzate con collegamenti metallici.

Nel complesso, US 6,950,767 descrive dunque una soluzione di tipo “System in Package†(SiP), in cui il SiP à ̈ rivestito di un involucro in materiale di mold quale una resina epossidica. L’involucro à ̈ un package di tipo comune, di per sé noto. Tale sistema comunica con l’esterno grazie ad un sottosistema di radiocomunicazione in esso compreso, avente antenne di dimensioni atte a comunicare con un sistema remoto.

Si osservi che un dispositivo o un sistema di monitoraggio destinato ad operare all’interno di una struttura solida deve affrontare condizioni operative del tutto particolari. Ai fini della presente descrizione, sono considerate strutture solide quali strutture in materiale edilizio, ad esempio cemento, calcestruzzo, malta.

Un dispositivo o sistema di monitoraggio destinato ad essere “annegato†inizialmente in un materiale per costruzioni (ad es. calcestruzzo liquido, destinato poi a solidificarsi) ed a rimanere poi “sepolto†nella struttura solida, à ̈ sottoposto, innanzi tutto, a condizioni operative molto critiche.

Inoltre, esso si trova a contatto con materiale che presenta irregolarità, sotto diversi aspetti, dovute a caratteristiche intrinseche o a imperfezioni.

Tutto ciò determina almeno due tipologie di inconvenienti, legate rispettivamente a problemi di affidabilità e a possibili imprecisioni di misura, che verranno esaminate nel seguito.

Con riferimento a problemi di affidabilità, motivi rilevanti di usura sono ad esempio le altissime pressioni, anche di alcune centinaia di atmosfere, nonché cause legate ad infiltrazioni di acqua, nel corso del tempo, tali da danneggiare il sistema.

Un inconveniente dei sistemi noti, quali quello di US 6,950,767, deriva dal fatto che essi sono sistemi complessi, e possono danneggiarsi a fronte delle condizioni operative in cui devono funzionare.

In particolare, le interconnessioni elettriche tra le varie parti del SiP di US 6,950,767 possono essere vulnerabili, a fronte dello sforzo meccanico che il SiP inserito nella struttura deve sopportare.

Inoltre, la “finestra†che deve essere lasciata nel package, per permettere al sensore di rivelare il relativo parametro, può essere un punto debole a fronte di possibili infiltrazioni di umidità.

Ancora, una fessurazione o imperfezione del materiale di rivestimento può far penetrare acqua, all’interno del SiP, e provocare dei cortocircuiti. Oltre all’acqua, anche altre sostanze, quali acidi potenzialmente corrosivi, possono infiltrarsi.

In generale, benché progettati per tale utilizzo, l’affidabilità di sistemi quali quello di US 6,950,767 trova un limite nella complessità della struttura di tali sistemi, ancorché miniaturizzati, e nella inadeguatezza dei tipi noti di package, comunemente usati, a fronte di condizioni estreme quali quelle previste negli impieghi qui considerati.

Con riferimento a problemi di errata misurazione, si deve partire dalla considerazione che la struttura solida da monitorare à ̈ composta di materiale che non à ̈ mai perfettamente omogeneo.

Ad esempio, il calcestruzzo à ̈ un materiale lapideo artificiale composto con aggregati lapidei di diverse dimensioni, detti anche inerti, uniti dal cemento, in qualità di legante idraulico attivato grazie a reazioni chimiche con acqua. Nel calcestruzzo si possono quindi individuare granuli di cemento (aventi dimensione variabile da 1 a 50 Î1⁄4m) ed un’ampia varietà di granuli di aggregati inerti, i quali, quantitativamente, possono rappresentare fino a circa l'80% del peso. Gli aggregati inerti del calcestruzzo sono solitamente classificati, in dipendenza dal diametro dei loro granuli, come finissimi, o fillers (diametro < 0,063 mm); fini, o sabbia/graniglia (0,063 - 4 mm); grossi (ghiaietto/pietrischetto, 4 - 15 mm); ghiaia/pietrisco, 15 - 40 mm).

Come noto nell’ambito delle costruzioni edili, diversi tipi di calcestruzzo possono essere ottenuti con miscele composte da aggregati inerti di diverse dimensioni in diverse percentuali. Tali diversi tipi di calcestruzzo presentano caratteristiche diverse, in termini di proprietà quali la resistenza meccanica, la porosità, la compattezza, la leggerezza. In ogni caso, per ottenere un calcestruzzo rispondente ai requisiti minimi richiesti per ognuna delle proprietà citate, à ̈ sempre necessario utilizzare una miscela di aggregati inerti aventi granularità diversa.

Per quanto riguarda in particolare gli inerti finissimi, à ̈ talvolta utilizzata la microsilice o fumo di silice, costituita di particelle di diametro variabile tra 0,01 e 1 Î1⁄4m. La microsilice si comporta come filler finissimo, atto a riempire gli spazi liberi tra i granuli di cemento, aumentando la compattezza del cemento. D’altra parte, a causa della elevata superficie specifica delle particelle di microsilice, esse non possono essere utilizzate in percentuali superiori al 10%, che costringerebbero ad aumentare eccessivamente la quantità d'acqua di impasto. In altri tipi di calcestruzzo, gli aggregati fini e finissimi sono presenti in minima percentuale.

Si può quindi notare che, su scala millimetrica o sub-millimetrica, il calcestruzzo presenta intrinsecamente, per sua natura, delle irregolarità che si vanno a distribuire casualmente entro il volume della struttura solida da esso costituita. In aggiunta, possono esservi delle imperfezioni locali.

In tali condizioni, si consideri, a titolo di esempio, un dispositivo di monitoraggio posto in una specifica posizione di una struttura di calcestruzzo, atto a rilevare una forza (corrispondente ad esempio ad uno sforzo meccanico) applicata dalla struttura solida, a livello macroscopico, in quella specifica posizione, lungo una certa direzione, ad esempio verticale. Il dispositivo rileva localmente la forza nel punto della superficie di un circuito integrato, in esso contenuto, in cui si trova un sensore.

Tale sensore à ̈ tipicamente sensibile all’effetto piezoresistivo, ed à ̈ in grado di misurare una forza in una ben precisa direzione, che viene fatta coincidere, in fase di posizionamento iniziale con la direzione di interesse (ad esempio, come detto, verticale). Se la forza, a parità di intensità, viene applicata in una diversa direzione, la sensibilità del sensore diminuisce, in accordo con le leggi dell’effetto piezoresistivo, e la forza effettivamente rilevata risulta minore, talora notevolmente minore.

D’altra parte, a causa delle caratteristiche del calcestruzzo, sopra citate, il sensore sepolto nella struttura solida può trovarsi a contatto con una parte di struttura avente localmente caratteristiche molto varie e disomogenee (presenza o meno di micro-cavità, presenza o meno di particelle grosse, o compresenza di particelle di differenti dimensioni, ecc.) Tali particelle esercitano un’azione puntuale, su scala microscopica, che può essere differente dall’azione macroscopica che sarebbe corretto rilevare.

In particolare, à ̈ possibile che il calcestruzzo eserciti localmente sul sensore una forza, attraverso particelle di granularità variabile, in una direzione diversa rispetto alla direzione macroscopica della forza che deve essere rilevata. Di conseguenza, il sensore, a causa delle sue caratteristiche, sopra illustrate, rileva un’intensità di forza minore rispetto a quella reale.

L’esempio descritto dimostra come, utilizzando dispositivi noti, possano insorgere errori di misura, anche sistematici, particolarmente gravi.

In sintesi, se si annega all’interno di una struttura solida un generico dispositivo di monitoraggio noto, con un circuito integrato senza package, si possono avere problemi di imprecisione (o addirittura errori sistematici) nelle misure.

Se si annega all’interno di una struttura solida un generico dispositivo di monitoraggio noto, avente un package di tipo comune, si possono avere severi problemi di affidabilità, cioà ̈ elevate probabilità di danneggiamento nel tempo. Anche in questo caso, possono insorgere inoltre errori di misura; ad esempio i package tradizionali possono essere soggetti a riduzione di volume a seguito di fenomeni di degassamento che possono alterare, ad esempio, le misure di pressione. Inoltre, l’interfaccia fra il materiale del package ed il materiale della struttura solida può non consentire un’aderenza tale da trasmettere correttamente un parametro da misurare.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di escogitare e mettere a disposizione un package per dispositivo elettronico integrato da impiegare per il monitoraggio di parametri all’interno di una struttura solida, nonché il dispositivo stesso di monitoraggio, migliorati in modo tale da ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti qui sopra descritti con riferimento alla tecnica nota.

In particolare, si propongono un package ed un relativo dispositivo che risultino semplici, di accresciuta robustezza e resistenza all’usura, e che consentano nel contempo misure più precise rispetto a quanto consentito dai package e dai dispositivi noti.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Tale scopo viene raggiunto da un package in accordo con la rivendicazione 1.

Ulteriori forme di realizzazione del package sono definite nelle rivendicazioni dipendenti 2-6.

Un dispositivo di monitoraggio comprendente detto package à ̈ definito nella rivendicazione 7.

Ulteriori forme di realizzazione di tale dispositivo sono definite nelle rivendicazioni dipendenti da 8 a 21.

Un sistema di monitoraggio comprendente un dispositivo secondo l’invenzione à ̈ definito nella rivendicazione 22.

Un metodo di fabbricazione del package e del dispositivo à ̈ definito nella rivendicazione 23. Un’ulteriore forma di realizzazione di tale metodo à ̈ definito nella rivendicazione dipendente 24.

In particolare, viene definito un package per un dispositivo atto ad essere incorporato in una struttura solida per la rivelazione ed il monitoraggio di uno o più parametri locali, in cui tale package à ̈ fabbricato con materiale edilizio formato da particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche.

Viene inoltre definito un dispositivo per la rivelazione ed il monitoraggio di uno o più parametri locali all’interno di una struttura solida, comprendente: un modulo integrato di rivelazione avente almeno un sensore integrato, ed un package disposto in modo da rivestire almeno una porzione del dispositivo comprendente il modulo integrato di rivelazione; ed in cui il package à ̈ fabbricato con materiale edilizio formato da particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del package e del dispositivo secondo l’invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:

- la figura 1 illustra una vista in sezione di un package in materiale edilizio e di una parte di un dispositivo elettronico di monitoraggio secondo un esempio dell’invenzione;

- le figure 2A, 2B e 2C mostrano alcune ulteriori forme di realizzazione di un package in materiale edilizio secondo l’invenzione;

- la figura 3 illustra uno schema funzionale di un dispositivo elettronico di monitoraggio secondo un esempio dell’invenzione;

- la figura 4 illustra una vista in sezione di un dispositivo elettronico di monitoraggio secondo un ulteriore esempio dell’invenzione;

- la figura 5A illustra un dettaglio della vista della figura 4, mentre la figura 5B illustra un diagramma angolare di sensibilità agli sforzi di un sensore compreso nel dispositivo di monitoraggio;

- la figura 6 mostra una vista in sezione di un package e di un modulo di rivelazione integrato compreso in un dispositivo di monitoraggio secondo un ulteriore esempio dell’invenzione;

- la figura 7 illustra uno schema funzionale di un dispositivo elettronico di monitoraggio secondo un ulteriore esempio dell’invenzione;

- le figure 8, 9 e 10 sono viste in sezione di rispettive ulteriori forme di realizzazione di un dispositivo di monitoraggio secondo l’invenzione;

- le figure 11, 12, 13, 14A, 14B, 15A, 15B illustrano ulteriori esempi realizzativi di dispositivi di monitoraggio secondo l’invenzione;

- la figura 16 illustra un sistema di monitoraggio di parametri locali all’interno di una struttura solida, secondo un esempio dell’invenzione;

- le figure 17 e 18 illustrano esempi di un metodo di fabbricazione di un package e di un dispositivo di monitoraggio secondo l’invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alla figura 1, viene ora descritto un package 15 per un dispositivo atto ad essere incorporato in una struttura solida per la rivelazione ed il monitoraggio di uno o più parametri locali. Il dispositivo, che sarà descritto più in dettaglio nel seguito, comprende, oltre al package 15, almeno un modulo integrato di rivelazione 1 avente un sensore integrato 10. Preferibilmente, il modulo integrato di rivelazione 1 à ̈ realizzato su un singolo “chip†di semiconduttore (nel seguito definito semplicemente chip), tipicamente in silicio.

Il package 15 Ã ̈ fabbricato con materiale edilizio formato da particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche. Tali particelle sono indicate col riferimento numerico 155 nella vista in sezione, ingrandita, della figura 1.

Secondo una terminologia comune, si intendono qui come particelle di dimensioni micrometriche particelle aventi un diametro nell’intervallo tra 1 Î1⁄4m (Î1⁄4m = micron, o micrometro) e qualche decina di Î1⁄4m; e come particelle sub-micrometriche particelle aventi un diametro uguale o inferiore a 1 Î1⁄4m.

Preferibilmente, il package 15 Ã ̈ formato di particelle avente diametro minore di 10 Î1⁄4m.

Più preferibilmente, il package 15 à ̈ formato di particelle avente diametro minore di 1 Î1⁄4m.

In accordo con una forma realizzativa preferita, il package 15 à ̈ sostanzialmente isotropo su scala millimetrica, cioà ̈ una scala che va dalle centinaia di Î1⁄4m fino al millimetro ed oltre.

In tal caso, il package 15 à ̈ formato esclusivamente (nei limiti della purezza ottenibile) da tali particelle di dimensioni micrometriche o submicrometriche. Inoltre, tali particelle sono distribuite in modo sostanzialmente omogeneo, in modo da ottenere la sopra citata proprietà di isotropia, almeno su scale più grandi di quella micrometrica, dunque su scala millimetrica.

Secondo una tipica forma realizzativa, le particelle di dimensioni micrometriche o submicrometriche che formano il package 15 sono particelle di microsilice o fumo di silice, aventi dimensioni comprese ad esempio tra 0,01 ed 1 Î1⁄4m.

Vantaggiosamente, per ragioni che verranno illustrate in seguito, le particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche possono anche comprendere, eventualmente, particelle magnetiche.

Una forma di realizzazione del package 15, mostrata in figura 2A, prevede che esso comprenda una porzione di alloggiamento 151, avente un alloggiamento 150 per il modulo integrato di rivelazione 1, ed una porzione di riempimento 152, conformata per ricoprire interamente il modulo integrato di rivelazione 1. L’alloggiamento 150 à ̈ ad esempio una cavità a forma di parallelepipedo.

In un ulteriore esempio realizzativo, illustrato in figura 2B, l’alloggiamento 150 à ̈ una cavità avente una forma atta a guidare e facilitare il corretto posizionamento del modulo integrato di rivelazione 1 all’interno della cavità medesima, ad esempio una forma a tronco di piramide.

Secondo un ulteriore esempio realizzativo, mostrato in figura 2C, l’alloggiamento 150 à ̈ ruotato di un angolo noto α rispetto ad un sistema di assi del package 15, per determinare un posizionamento predefinito del modulo integrato di rivelazione 1, in modo da rivelare almeno un parametro locale (ad esempio una pressione) lungo una rispettiva predefinita direzione, correlata al citato posizionamento predefinito. In tal caso, vantaggiosamente, viene posto un marker 159, ad esempio sulla parte posteriore del package, per indicare tale angolo, e permettere quindi la corretta collocazione del modulo integrato di rivelazione 1 all’interno della struttura edilizia.

Viene ora descritto un dispositivo elettronico 100 per la rivelazione ed il monitoraggio di uno o più parametri locali (definito anche in seguito “dispositivo di monitoraggio†) all’interno di una struttura solida, secondo un esempio della presente invenzione. Per tale descrizione, ci si riferirà in particolare alle figure 3 e 4, rispettivamente relative ad aspetti funzionali e strutturali del dispositivo 100.

Il dispositivo di monitoraggio 100 comprende un modulo integrato di rivelazione 1, avente almeno un sensore integrato 10, ed un package 15 disposto in modo da rivestire almeno una porzione del dispositivo 100 comprendente il modulo integrato di rivelazione.

Come già osservato, il modulo integrato di rivelazione 1 à ̈ preferibilmente realizzato su un singolo chip di silicio. Quindi, il package 15 riveste interamente il chip mediante il quale à ̈ fabbricato il modulo integrato di rivelazione 1 (la figura 4 mostra una vista in sezione di tale completo rivestimento).

Il package 15 à ̈ un package avente una qualsiasi delle combinazioni di caratteristiche già descritte precedentemente.

In particolare, tale package 15 Ã ̈ fabbricato con materiale edilizio formato da particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche.

Inoltre, preferibilmente, il package 15 Ã ̈ sostanzialmente isotropo su scala millimetrica.

Il dispositivo di monitoraggio 100 comprende inoltre mezzi elettromagnetici 2 per la trasmissione/ ricezione di segnali ed energia elettromagnetici tra il modulo integrato di rivelazione 1 ed un sistema esterno di controllo e di raccolta dati (di per sé noto, non mostrato nelle figure 3 e 4).

Il dispositivo di monitoraggio 100 comprende poi mezzi di supporto 3, configurati per fornire un supporto al modulo integrato di rivelazione 1 ed ai mezzi elettromagnetici 2, rendendoli tra loro solidali, e configurati inoltre per vincolare il dispositivo 100 ad una struttura di sostegno 211 (che verrà illustrata in figura 16) passante per i punti da monitorare all’interno della struttura solida. I mezzi di supporto 3, quindi, permettono di mantenere il dispositivo di monitoraggio 100 in una prefissata posizione all’interno della struttura da monitorare.

I mezzi di supporto 3 sono realizzati mediante un supporto 3, vantaggiosamente flessibile, ad esempio di materiale polimerico, su cui sono posizionati sia il package 15 contenente il modulo integrato di rivelazione 1 (ad esempio mediante uno strato di incollatura 39) sia i mezzi elettromagnetici 2.

Con riferimento ancora alla figura 3, si noti che il modulo di rivelazione 1 comprende in particolare, come già osservato, un sensore integrato 10 in grado di rivelare e monitorare uno o più parametri, caratteristici della struttura da monitorare, che si desidera tenere sotto controllo.

Tipicamente, tali parametri sono una pressione e/o una temperatura e/o uno sforzo meccanico. Si noti peraltro che i parametri rivelabili possono essere diversi rispetto a quelli sopra citati, purché abbiamo un effetto rivelabile sul semiconduttore o su strutture integrate nell’unico chip di cui si compone il modulo integrato di rivelazione 1.

Secondo diverse forme realizzative, i sensori integrati nel modulo integrato di rivelazione 1 possono essere più d’uno, e ciascuno di essi può rivelare uno o più parametri.

Il sensore integrato 10 à ̈ in grado di trasformare in una variabile elettrica un valore di temperatura o di pressione, sfruttando le variazioni note che tali parametri inducono ad esempio sulla mobilità di elettroni/lacune nel semiconduttore.

E’ noto, al proposito, che la mobilità dipende dalla temperatura, in una maniera indipendente dall’orientamento cristallino del materiale semiconduttore, e dalla pressione (o forza applicata) in una maniera dipendente dall’orientamento cristallino del materiale semiconduttore, secondo le leggi che regolano il fenomeno della piezoresistenza. In particolare, con riferimento agli indici di Miller, utilizzando notazioni comuni nell’ambito della definizione di piani ed assi caratterizzanti un cristallo, si consideri ad esempio un cristallo di tipo N nel piano (001): in tale esempio, la sensibilità allo sforzo meccanico, dunque alla pressione, à ̈ massima se tale sforzo si applica lungo assi [100] e [010] rispetto ad un sistema di riferimento associato all’orientamento cristallino, mentre à ̈ minima lungo assi [110].

Pertanto, con opportune configurazioni di componenti integrati sul chip del modulo integrato di rivelazione 1, si possono costruire sensori di pressione, compensando la dipendenza dalla temperatura, o viceversa sensori di temperatura, compensando la dipendenza dalla pressione.

Altre dipendenze da invecchiamento e logoramento sono discriminate dalle precedenti e compensate, tenendo conto che esse si manifestano su periodi temporali molto più lunghi, ad esempio anni.

Secondo un esempio di realizzazione, il sensore 10 à ̈ un sensore di pressione formato con quattro resistenze integrate in configurazione di ponte di Wheatstone, in cui due resistenze sensibili alla pressione sono orientate lungo gli assi [100] e [010] associati all’orientamento cristallino, mentre le altre due sono orientate lungo gli assi [110], orientamento che coincide con l'angolo dell'asse di sensibilità minima dell'effetto piezoresistivo. In tal modo, la dipendenza della misurazione dal parametro “temperatura†à ̈ del tutto trascurabile e, in questo senso, si può affermare che il parametro “pressione†à ̈ misurato in modo sostanzialmente indipendente dal parametro “temperatura†.

Secondo un ulteriore esempio di realizzazione, il sensore 10 à ̈ un sensore di pressione e di temperatura formato da un primo ed un secondo oscillatore ad anello, comprendenti ciascuno una pluralità di componenti integrati (ad esempio, tre o un numero dispari di “inverter†) in cascata. I componenti integrati del primo oscillatore sono costituiti da materiale semiconduttore con orientamento cristallino diverso rispetto all’orientamento del materiale del secondo oscillatore: ad esempio, rispettivamente, con orientamento lungo l’asse [110] e [100] o [010].

In tal modo, la frequenza di oscillazione del primo oscillatore con orientamento a [110], in cui l’effetto piezoresistivo à ̈ minimo, dipende sostanzialmente solo dalla temperatura, essendo del tutto trascurabile l’effetto della pressione; quindi, tale frequenza può essere interpretata come l’output di un sensore di temperatura.

La frequenza di oscillazione del secondo oscillatore con orientamento [100] o [010], se depurata dall’effetto della temperatura, noto grazie all’output del primo oscillatore, dipende sostanzialmente solo dalla pressione; quindi, tale frequenza può essere interpretata come l’output di un sensore di pressione.

Negli esempi sopra descritti, per la funzionalità del sensore 10, non à ̈ necessaria la presenza di membrane o di altri componenti al di fuori del modulo integrato di rivelazione 1.

Con riferimento ora alla figura 5A, si osservi che, nel dispositivo 100, il package 15 à ̈ disposto con una sua superficie interna 158 a contatto con il sensore integrato 10 e con una sua superficie esterna 157 a contatto con una porzione della struttura solida 300 (nell’esempio raffigurato, calcestruzzo comprendente particelle granulari 310). In tal modo, il package 15 separa il sensore integrato 10 dalla struttura solida 300 e, nel contempo, permette il trasferimento a tale sensore integrato 10 di una o più grandezze rilevabili, correlate ad un rispettivo parametro locale, misurato nella porzione di struttura solida 300 a contatto con il package 15.

Dunque, da un lato il package 15 à ̈ sottoposto all’azione della struttura solida che lo circonda (ad esempio, della parte di struttura che lo sovrasta); dall’altro, esso à ̈ in grado di trasmettere tale azione, per contatto, al sensore integrato 10.

Si consideri ad esempio il caso in cui, all’interno di una struttura in calcestruzzo, si debba misurare una pressione, proporzionale all’intensità di una forza applicata in una direzione normale, ad esempio verticale, rispetto al modulo integrato di rivelazione (forza e direzione indicate con una freccia F’ in figura 5A).

Tenendo conto delle irregolarità e/o disomogeneità della struttura da monitorare (ad esempio calcestruzzo), à ̈ possibile che la forza che la struttura esercita, su scala macroscopica, nella citata direzione normale, sia invece localmente applicata, su scala microscopica, lungo una direzione differente. In altri termini, i contributi di forza infinitesimi generati nella posizione considerata dalle diverse regioni infinitesime di calcestruzzo, aventi consistenza e direzione diversa nei vari punti (in dipendenza dalla presenza locale di particelle 310 più o meno grosse, o di filler, o di microcavità, ecc.) si possono combinare in modo da determinare una forza che localmente agisce in direzione diversa rispetto alla normale.

Se il sensore integrato 10 fosse a diretto contatto con il calcestruzzo (ad esempio attraverso una finestra in un package tradizionale), o fosse separato da esso solo da un sottile strato passivante (ad esempio in silicio), il sensore integrato 10 avvertirebbe direttamente una forza esercitata localmente su scala microscopica. Qualora tale forza, come sopra illustrato, agisse lungo una direzione diversa da quella normale, e dunque diversa da quella dell’asse cristallino di sensibilità del sensore, la sensibilità del sensore diminuirebbe (come illustrato in figura 5B nel diagramma di sensibilità angolare del sensore, in cui gli assi del diagramma si riferiscono all’orientamento del sensore 10 della figura 5A). Ciò porterebbe quindi a sottostimare l’intensità della forza, e determinerebbe un errore, anche notevole, nella misura della pressione.

Al contrario, l’intermediazione realizzata dal package 15 in materiale edilizio fa sì che i vari contributi infinitesimi di forza, trasmessi in modo casuale ed irregolare dal calcestruzzo nei vari punti della superficie del package, siano sostanzialmente mediati. Grazie alle proprietà del package 15, precedentemente illustrate, i contributi mediati dal package 15 risultano in una forza applicata dal package al sensore integrato 10, in direzione normale a quest’ultimo (tale forza à ̈ indicata con una freccia F in figura 5A). Quindi, il fatto che il sensore 10 “riceva†la forza attraverso il package 15, con cui à ̈ a contatto, e non direttamente dal calcestruzzo, permette di rilevare la forza nella direzione in cui la sensibilità à ̈ massima, e dunque di misurare correttamente la pressione.

Secondo una forma realizzativa, il sensore integrato 10 à ̈ un sensore di pressione o di sforzo meccanico, comprendente materiale cristallino avente uno o più predefiniti assi cristallini; tale sensore di pressione o di sforzo meccanico à ̈ in grado di misurare la pressione o lo sforzo meccanico a cui à ̈ sottoposto, lungo uno degli assi cristallini, sfruttando il fenomeno della piezoresistenza nel silicio. La grandezza rilevabile, trasferita dal package 15 al sensore 10, corrisponde ad una combinazione mediata di valori assunti dalla pressione o dallo sforzo meccanico, lungo l’asse cristallino, in diversi punti della porzione di struttura solida a contatto con il package 15.

In un’altra forma realizzativa, il sensore integrato 10 à ̈ un sensore di temperatura, in grado di misurare la temperatura a cui à ̈ sottoposto sfruttando il fenomeno delle variazioni della mobilità nel silicio in dipendenza della temperatura. La grandezza rilevabile, trasferita dal package 15 al sensore 10, corrisponde ad una combinazione mediata di valori assunti dalla temperatura in diversi punti della porzione di struttura solida a contatto con il package 15.

Tornando ora al diagramma funzionale del modulo di rivelazione 1, riportato in figura 3, si osservi che esso comprende alcuni blocchi funzionali, che nel complesso costituiscono una circuiteria integrata 16.

Tale circuiteria integrata, oltre al sensore 10, comprende ulteriormente una antenna integrata 11.

L’antenna integrata 11 svolge la funzione di trasmettere all’esterno del modulo integrato di rivelazione 1, in modalità wireless (cioà ̈ “senza fili†), i dati misurati, cioà ̈ l’intensità di ciascuna delle variabili elettriche dipendenti e rappresentative, rispettivamente, di una delle grandezze fisiche da rivelare e monitorare.

L’antenna integrata 11 svolge inoltre la funzione di ricevere dall’esterno comandi operativi.

In un particolare esempio realizzativo, l’antenna integrata 11 svolge l’ulteriore funzione di ricevere onde a radiofrequenza necessarie per un’alimentazione da remoto (o “telealimentazione†) del modulo integrato 1, senza necessità di batterie o alimentatori in loco.

L’antenna integrata 11 à ̈ realizzata mediante almeno un livello di metallizzazione, ad esempio di alluminio o rame, compresa nel chip che costituisce il modulo integrato di rivelazione 1.

La circuiteria integrata 16 comprende inoltre, come blocchi ausiliari, un circuito di alimentazione 12, un circuito di pilotaggio 13 ed un circuito di controllo 14.

Il circuito di alimentazione 12 à ̈ atto a ricavare l’alimentazione elettrica necessaria al funzionamento del modulo integrato di rivelazione 1 a partire da onde a radiofrequenza ricevute dall’antenna integrata 11.

Il circuito di pilotaggio 13 à ̈ atto a pilotare l’antenna integrata 11 in modo che essa trasmetta in modalità wireless i dati misurati.

Il circuito di controllo 14 à ̈ atto a controllare il funzionamento della circuiteria funzionale integrata presente nel modulo integrato 1, secondo quanto ordinato da comandi operativi inviati dall’esterno e ricevuti dall’antenna integrata 11.

Il circuito di alimentazione 12, il circuito di pilotaggio 13 ed il circuito di controllo 14 possono essere realizzati mediante circuiti di per sé noti, nell’ambito di tecnologie di fabbricazione delle “Smart Card†o della tecnologia RFID (Radio Frequency Identification); ad esempio, l’antenna integrata 11 può funzionare sulla base di tecniche di modulazione di carico (“load modulation†). Tali aspetti noti non verranno qui descritti in dettaglio.

Con riferimento alla figura 6, si osservino ora alcuni particolari strutturali del modulo integrato di rivelazione 1. Nella vista semplificata in sezione della figura 6 sono schematicamente rappresentati un substrato in silicio 17 e una porzione di circuiteria integrata 16. La porzione di circuiteria funzionale integrata 16 à ̈ schematizzata per semplicità mediante un solo strato, ma può essere ovviamente realizzata mediante una pluralità di strati, come ben noto.

Il substrato in silicio 17 e la porzione di circuiteria funzionale integrata 16 costituiscono il singolo chip su cui à ̈ realizzato il modulo integrato di rivelazione 1.

Il package 15, oltre ad offrire una protezione meccanica, agisce da strato impermeabile e protettivo rispetto alla corrosione. Infatti, come già descritto, tale package 15 à ̈ disposto in modo da rivestire completamente il chip su cui à ̈ realizzato il modulo integrato di rivelazione 1, cosicché tale modulo, nel suo complesso, sia interamente sigillato in modo ermetico ed isolato galvanicamente dall’ambiente circostante.

Si noti che la sigillatura e l’isolamento galvanico completo sono resi possibili dal fatto che tutte le funzionalità necessarie per la rivelazione dei parametri da monitorare sono realizzate da blocchi presenti all’interno del singolo chip, che costituisce il modulo integrato di rivelazione 1. In particolare, il modulo integrato di rivelazione 1, in virtù delle caratteristiche sopra descritte, à ̈ vantaggiosamente in grado di fornire le proprie funzioni senza necessità di alcun filo e/o metallizzazione per le connessioni verso l’esterno del modulo integrato stesso. Esso, dunque, non presenta alcun terminale metallico, cioà ̈ nessun “wire bonding†e/o “pad†e/o “bump†, verso l’esterno, e quindi può dunque essere interamente sigillato ed isolato galvanicamente.

In particolare, il package 15 rende completa la protezione del modulo integrato di rivelazione 1 rispetto ad acqua, umidità e qualunque altro agente esterno di corrosione e degrado, senza che vi siano punti deboli attaccabili da tali agenti, quali ad esempio metallizzazioni.

Inoltre, per quanto riguarda la resistenza di tipo meccanico e la resistenza alla pressione, le prestazioni richieste sono garantite dal fatto stesso che il package 15 à ̈ formato da materiale edilizio, quale la microsilice, del tutto compatibile con il materiale (ad esempio calcestruzzo) della struttura all’interno della quale il dispositivo ed il package devono essere collocati.

Queste caratteristiche consentono al modulo integrato di rivelazione 1 di poter essere annegato nella struttura da monitorare durante la costruzione della struttura stessa, ad esempio durante una fase di colata di calcestruzzo liquido; e permettono inoltre al modulo integrato 1 di funzionare successivamente, dall’interno della struttura solida (ad esempio, di cemento armato) dopo la solidificazione del calcestruzzo, avendo un lungo tempo di vita e parametri di affidabilità buoni, rispetto a requisiti tipici.

In accordo con una particolare ulteriore forma realizzativa, il chip del modulo integrato di rivelazione 1 comprende un ulteriore strato passivante, realizzato ad esempio in ossido di silicio, o nitruro di silicio, o carburo di silicio.

Facendo ora riferimento alle figure 3 e 7, vengono considerati più in dettaglio i mezzi elettromagnetici 2 per trasmissione/ricezione di segnali ed energia elettromagnetici.

Tali mezzi elettromagnetici 2 rispondono alla necessità di permettere una comunicazione tra il modulo integrato di rivelazione 1 ed un sistema esterno di controllo e raccolta dati, situato in remoto, ad esempio a distanze di alcuni centimetri o alcuni metri dalla struttura da monitorare e dunque dal modulo integrato di rivelazione 1. Ciò implica la necessità di trasmettere energia elettromagnetica in campo vicino o lontano, tenendo conto anche delle attenuazioni dovute alla struttura solida, che i campi elettromagnetici devono attraversare.

A fronte di ciò, l’antenna integrata 11 compresa nel modulo integrato di rivelazione 1 non può di per sé garantire una comunicazione remota, a causa di limiti intrinseci dovuti principalmente alle sue ridotte dimensioni.

Nella forma realizzativa qui descritta, i mezzi elettromagnetici 2 consentono, grazie alla propria struttura, sia una trasmissione/ricezione di segnali di telecomunicazioni (ad esempio, trasmissione di dati misurati e ricezione di comandi operativi per il sensore), sia uno scambio di energia per alimentazione (ad esempio, ricezione di onde a radiofrequenza per alimentazione).

I mezzi elettromagnetici 2 svolgono una funzione di espansione e concentrazione elettromagnetica, cioà ̈ di concentrare un campo elettromagnetico esterno, e la relativa energia, sull’antenna integrata 11 del modulo integrato di rivelazione 1; e, analogamente, di espandere un campo elettromagnetico emesso dall’antenna integrata 11, e la relativa energia, verso un’antenna remota.

In particolare, i mezzi elettromagnetici 2 comprendono almeno due antenne, una prima antenna 21 ed una seconda antenna 22, collegate tra loro mediante mezzi di connessione 23. Tali mezzi di connessione 23 possono essere ad esempio una semplice linea di trasmissione o un altro circuito (che può comprendere ad esempio un ulteriore gruppo di espansione/concentrazione elettromagnetica, come verrà descritto in seguito). Si noti che, secondo particolari esempi realizzativi (uno dei quali illustrato in figura 10), la prima antenna 21 e la seconda antenna 22 possono essere tra loro inclinate di un qualunque angolo tra 0° e 180°, per espandere o concentrare energia elettromagnetica in una rispettiva qualsivoglia direzione.

La prima antenna 21 comunica con l’antenna integrata 11 del modulo integrato di rivelazione 1, mediante campi elettromagnetici (indicati simbolicamente con E in figura 3), e preferibilmente mediante accoppiamento di campo magnetico (cioà ̈ accoppiamento magnetico in campo vicino).

La seconda antenna 22 comunica con un’antenna remota, ad esempio del sistema esterno di controllo e raccolta dati, mediante accoppiamento di campi elettromagnetici (cioà ̈ accoppiamento elettromagnetico in campo lontano).

Ciascuna delle prima e seconda antenna 21, 22 può essere un dipolo magnetico o un dipolo hertziano o anche altro tipo di antenna nota, purché in grado di svolgere le funzioni sopra descritte.

Si consideri ora la figura 7, che mostra da un punto di vista strutturale un dispositivo di monitoraggio 100 secondo l’invenzione, ed in particolare illustra un’ulteriore forma realizzativa dei mezzi elettromagnetici 2 e del package 15.

Nella forma realizzativa illustrata in figura 7, la prima antenna 21 dei mezzi elettromagnetici 2 comprende una spira 21. I mezzi di connessione 23 dei mezzi elettromagnetici 2 comprendono un circuito di adattamento 23, di per sé noto. La seconda antenna 22 dei mezzi elettromagnetici 2 comprende un’antenna a dipolo hertziano 22.

La spira 21 à ̈ posta vicino al modulo integrato di rivelazione 1 e si sviluppa intorno ad esso, in un modo tale da accoppiarsi magneticamente con l’antenna integrata 11. Le correnti indotte dall’antenna integrata 11 sulla spira 21, che funge da dipolo magnetico, vengono trasferite alla antenna a dipolo hertziano 22. Tale trasferimento à ̈ preferibilmente mediato dal circuito di adattamento 23, che consente di migliorare le prestazioni complessive dei mezzi elettromagnetici 2.

Come già osservato, la seconda antenna 22 à ̈ in questo caso un dipolo hertziano, adatto ad una comunicazione in “campo lontano†(“far field†). I mezzi elettromagnetici 2 possono essere dunque visti in questo caso come un trasformatore ibrido, in cui un dipolo hertziano à ̈ accoppiato magneticamente con l’antenna integrata 11.

Vantaggiosamente, il dipolo magnetico, cioà ̈ la spira 21, à ̈ progettato in modo da minimizzarne le dimensioni ed ottimizzare l’accoppiamento con l’antenna integrata 11.

Altrettanto vantaggiosamente, il dipolo hertziano, cioà ̈ l’antenna 22, à ̈ progettato in modo da ottimizzare la comunicazione in campo lontano.

A tal proposito, le dimensioni dell’antenna a dipolo hertziano sono tipicamente paragonabili alla lunghezza d’onda di funzionamento, che à ̈ legata alla frequenza di comunicazione.

Secondo un esempio realizzativo non limitante, il dispositivo di monitoraggio 100 secondo la presente invenzione può utilizzare una banda di trasmissione UHF, a frequenze intorno agli 800 MHz o superiori, il che implica che esso à ̈ equipaggiato con un dipolo hertziano di dimensioni ragionevoli, dell’ordine di centimetri.

Un ampio intervallo di bande di frequenza può essere utilizzato in diverse forme di realizzazione, trovando a seconda delle specifiche applicazioni un equilibrio tra la distanza della comunicazione da garantire, da un lato, e le dimensioni del dipolo hertziano ritenute convenienti, dall’altro lato.

Come già osservato, i mezzi elettromagnetici 2 sono in grado, basandosi sulla stessa infrastruttura già descritta, non solo di trasmettere e ricevere telecomunicazioni, ma anche di ricevere energia da onde elettromagnetiche di potenza opportuna, a frequenze comprese nella banda di lavoro dell’antenna a dipolo hertziano 22. L’energia ricevuta à ̈ usata per la telealimentazione del modulo di rivelazione 1, tramite il circuito di alimentazione 12.

Verranno ora illustrate diverse ulteriori forme realizzative del dispositivo di monitoraggio secondo l’invenzione, con riferimento a diversi possibili assemblaggi del package 15.

In accordo con una ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo 100 Ã ̈ caratterizzato dal fatto che il package 15 riveste ulteriormente almeno una porzione dei mezzi di supporto 3.

In particolare, secondo un esempio realizzativo, il package 15 riveste una porzione dei mezzi di supporto 3 contenente la prima antenna 21. Tale esempio realizzativo à ̈ illustrato ancora in figura 7 e, da un punto di vista strutturale, in figura 8.

Secondo un altro esempio realizzativo, il package 15 riveste una porzione dei mezzi di supporto 3 contenente sia la prima antenna 21 che la seconda antenna 22 (come illustrato in figura 9). Si noti che in figura 9 sono indicate con il riferimento 3 le porzioni del supporto che contengono la prima antenna 21 (vista in sezione), e con il riferimento 3’ le porzioni del supporto che contengono la seconda antenna 22 (non visibile nella vista di figura 9).

Si osservi che, negli esempi realizzativi illustrati nelle figure 8 e 9, vantaggiosamente, viene previsto nel supporto 3 un foro 31 in corrispondenza del sensore integrato nel modulo integrato di rivelazione 1. Tale foro 31 viene riempito del materiale edilizio del package 15, il quale può così trasferire in modo ottimale un parametro da misurare al sensore, secondo i principi come già descritti in precedenza. Infatti, considerando ad esempio una misura di sforzo meccanico, la presenza del foro 31 nel supporto 3, in corrispondenza del sensore, permette al materiale edilizio del package 15 di esercitare la stessa forza su tutte le superfici del modulo integrato di rivelazione 1, e quindi lo sforzo meccanico viene misurato con precisione dal sensore di pressione.

D’altra parte, si deve tener conto della esigenza di massimizzare l’accoppiamento tra l’antenna integrata 11 del modulo di rivelazione 1 e la prima antenna 21 dei mezzi elettromagnetici 2. A tale scopo, lo spessore del supporto 3 viene ridotto il più possibile, nella regione in cui avviene tale accoppiamento. Inoltre, come mostrato nelle figura 8 e 9, il foro 31 del supporto 3, riempito di materiale edilizio, può essere ricavato nella parte centrale della antenna 21 (visibile in sezione) che circonda il modulo integrato di rivelazione 1.

Per migliorare ulteriormente l’accoppiamento magnetico fra le due antenne sopra citate, si possono vantaggiosamente annegare delle particelle magnetiche almeno in una porzione del materiale edilizio che forma il package 15 ed à ̈ contigua alle due antenne 11 e 21.

Secondo ulteriori esempi realizzativi (uno dei quali illustrato in figura 10), il package 15 riveste interamente il modulo integrato di rivelazione 1 ed i mezzi elettromagnetici 2, qualunque sia la natura ed il numero di elementi compresi in questi ultimi.

Negli esempi sopra riportati, resta non rivestita dal package 15 una porzione 32 dei mezzi di supporto 3 destinata a vincolare il dispositivo 100 ad una struttura di sostegno (ad esempio, la struttura di sostegno 211 riportata in figura 16).

Peraltro, secondo ulteriori forme di realizzazione, il package 15 riveste completamente il dispositivo 100. In tal caso, il package 15, contenente l’intero dispositivo 100, può essere fissato alla struttura di sostegno 211 in diversi modi, ad esempio mediante incollatura o usando tiranti o fascette.

Si osservi che diversi tipi di dispositivi 100 possono essere interamente contenuti nel package 15 secondo l’invenzione, ad esempio un dispositivo in cui i mezzi elettromagnetici 2 comprendono anche almeno un gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica 25.

In particolare, nella forma realizzativa illustrata in figura 11, i mezzi di connessione 23 dei mezzi elettromagnetici 2 comprendono una terza antenna 251, collegata mediante una prima linea di trasmissione 231 alla prima antenna 21, ed una quarta antenna 252, collegata mediante una seconda linea di trasmissione 232 alla seconda antenna 22. La terza antenna 251 e la quarta antenna 252 sono a loro volta configurate per comunicare tra loro mediante accoppiamento preferibilmente magnetico per la comunicazione elettromagnetica in campo vicino.

Ora, la quarta antenna 252, la seconda linea di trasmissione 232, e la seconda antenna 22 formano il già citato gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica 25. La seconda antenna 22 e la quarta antenna 252 sono reciprocamente inclinate di un qualunque angolo tra 0° e 180°, per espandere o concentrare energia elettromagnetica in una rispettiva qualsivoglia direzione.

In tale forma realizzativa, il package 15 riveste una porzione dei mezzi di supporto 3 contenente anche l’almeno un gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica 25.

Secondo un esempio di realizzazione, anch’esso illustrato in figura 11, i mezzi elettromagnetici 2 comprendono almeno un ulteriore gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica 25’ (analogo strutturalmente al gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica 25) comprendente un’ulteriore quarta antenna 252’, collegata mediante un’ulteriore seconda linea di trasmissione 232’ ad un’ulteriore seconda antenna 253’, avente le stesse caratteristiche della seconda antenna 22.

Vantaggiosamente, tale ulteriore gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica 25’ svolge funzioni di ridondanza rispetto al gruppo 25 in modo da aumentare l’affidabilità del dispositivo, nel suo complesso, aumentandone la vita utile. A tale scopo, l’ulteriore quarta antenna 252’ à ̈ configurata per comunicare con la terza antenna 251 oppure con la quarta antenna 252, mediante accoppiamento preferibilmente magnetico per la comunicazione elettromagnetica in campo vicino.

In accordo con un’altra forma realizzativa, i mezzi elettromagnetici 2 comprendono ulteriori gruppi di espansione e concentrazione elettromagnetica, posti in cascata tra loro, ed interposti tra la terza antenna 251 e la quarta antenna 252. Analogamente a quanto sopra descritto, ognuno degli ulteriori gruppi di espansione e concentrazione elettromagnetica comprende una coppia di antenne, in particolare una quinta ed una sesta antenna, tra loro collegate mediante una linea di trasmissione, e tali che una delle antenne à ̈ configurata per comunicare in modo wireless con una rispettiva antenna di un analogo gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica posto a monte; e l’altra antenna à ̈ configurata per comunicare in modo wireless con una rispettiva antenna di un analogo gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica posto a valle.

La quinta antenna e la sesta antenna sono reciprocamente inclinate di un qualunque angolo tra 0° e 180°, per espandere o concentrare energia elettromagnetica in una rispettiva qualsiasi direzione.

Grazie a ciò, à ̈ possibile convogliare il segnale generato dal modulo di rivelazione 1 anche su distanze relativamente lunghe, in modo da consentire l’attraversamento di uno spessore relativamente ampio di struttura solida, nel caso di sensori sepolti in profondità nella struttura.

In altri esempi realizzativi, compresi nell’invenzione, sono previsti diversi package 15, ciascuno configurato per contenere uno o più di detti gruppi di espansione e concentrazione elettromagnetica 25.

Vantaggiosamente, sono anche possibili forme di realizzazione in cui uno stesso dispositivo di monitoraggio comprende una pluralità di moduli integrati di rivelazione.

Ad esempio, nella figura 12 à ̈ illustrato un dispositivo di monitoraggio 100’, comprendente due moduli integrati di rivelazione 1’ ed 1’’ e comprendente inoltre mezzi elettromagnetici 2’ aventi tre antenne: un’antenna 22’ per la comunicazione in campo lontano; e due antenne 21’, 21’’, per la comunicazione in campo vicino. Le antenne 21’ e 21’’ sono atte a comunicare, rispettivamente, con i due diversi moduli integrati di rivelazione 1’, 1’’, compresi nel dispositivo di monitoraggio 100’.

Le antenne 21’ e 21’’ per la comunicazione in campo vicino possono essere realizzate, rispettivamente, mediante ad esempio una spira 21’ ed una ulteriore spira 21’’, poste in cascata l’una rispetto all’altra, essendo l’antenna 21’ un quadripolo nell’esempio specifico formato da due semispire. La spira 21’ risulta direttamente collegata all’antenna 22’; l’ulteriore spira 21’’ à ̈ collegata all’antenna 22’ tramite la spira 21’.

Tale soluzione può essere vantaggiosamente applicata nel caso in cui si usino, nello stesso dispositivo di monitoraggio, due moduli integrati di rivelazione, di cui uno à ̈ ridondante, in modo tale che il funzionamento non sia pregiudicato in caso di danneggiamento di uno dei due moduli integrati di rivelazione, nel qual caso sarà usato il modulo integrato di rivelazione ridondante.

Tale soluzione può essere applicata anche nel caso in cui i due moduli integrati di rivelazione 1’, 1’’ siano due moduli tra loro indipendenti, purché si utilizzi un accorgimento per evitare collisioni tra le comunicazioni relative ai due moduli: ad esempio, applicando un opportuno protocollo di comunicazione atto ad evitare l’insorgere di collisioni di messaggi, come noto ad esempio in ambito RFID; oppure, differenziando le frequenze di trasmissione dei due diversi moduli integrati di rivelazione 1’, 1’’, o codificando in modo diverso i messaggi per i due diversi moduli integrati di rivelazione 1’, 1’’.

Il package 15 riveste l’intero dispositivo di monitoraggio 100’.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione, le antenne 21’ e 21’’, anziché essere in cascata fra loro, sono collegate in serie o in parallelo.

In accordo con ulteriori esempi di realizzazione, come mostrato ad esempio nelle figure 14A e 14B, il dispositivo di monitoraggio 100’ comprende una pluralità di moduli integrati di rivelazione ed una rispettiva pluralità di antenne, ad esempio spire, per la comunicazione in campo vicino. Ciascuno dei collegamenti tra tali antenne per la comunicazione in campo vicino può essere in cascata, in serie o in parallelo, secondo una qualsivoglia combinazione. Il package 15 riveste interamente la pluralità di moduli integrati di rivelazione e la rispettiva pluralità di antenne.

Con riferimento alla figura 14B, viene illustrato un particolare esempio realizzativo in cui il dispositivo 100’ comprende due antenne di estremità 22’ e 22’’, alle estremità della cascata di antenne 21 dei mezzi elettromagnetici 2’, sul supporto 3. Tali antenne di estremità possono essere configurate per comunicare con un’antenna remota, mediante accoppiamento elettromagnetico in campo lontano, oppure per comunicare, preferibilmente mediante accoppiamento magnetico, con rispettive antenne di estremità di analoghi dispositivi 100’ posti in cascata.

Si osservi che, nell’esempio realizzativo della figura 14B, applicando un opportuno momento torcente al supporto 3, prima di creare il package 15, si può determinare per tale supporto 3 una forma elicoidale. In tal modo, si possono vantaggiosamente orientare in modo diverso i diversi moduli integrati di rivelazione 1, permettendo a ciascun modulo integrato di rivelazione 1 di misurare almeno un parametro secondo una direzione differente rispetto agli altri moduli integrati di rivelazione ad esso contigui.

Secondo forme di realizzazione alternative, illustrate nelle figure 15A e 15B, ciascun modulo integrato di rivelazione 1 può essere incapsulato in un pre-package 15’, di materiale edilizio analogo al package 15, secondo un rispettivo orientamento predefinito. Tale orientamento predefinito può essere ottenuto orientando il pre-package 15’ secondo uno o più marker 159’ presenti sul supporto 3 ed in conformità con gli eventuali marker 159 indicanti l’orientamento del modulo integrato di rivelazione 1 contenuto nel pre-package 15’ (esempio illustrato nella figura 15A); oppure prevedendo nel supporto 3 una apertura 33, avente un proprio orientamento, corrispondente a quello desiderato, ed atta ad alloggiare il pre-package 15’ contenente il modulo integrato di rivelazione 1 (esempio illustrato nella figura 15B).

In una ulteriore forma realizzativa, il package 15 riveste interamente una pluralità di dispositivi 100, collocati su un supporto comune 30, come mostrato in figura 13.

Gli esempi, precedentemente descritti, in cui il package 15 riveste interamente un dispositivo di monitoraggio 100, o una pluralità di dispositivi di monitoraggio 100, possono essere realizzati da un punto di vista strutturale in diversi modi, che prevedono conformazioni particolari del package 15, particolarmente adatte a specifiche applicazioni.

Ad esempio, il package 15 può essere conformato in modo da essere inseribile in una rispettiva cavità all’interno della struttura solida da monitorare 300. Ciò à ̈ particolarmente utile per dispositivi di monitoraggio che devono essere usati in soffitti o travi, in solette, o anche in pali per ponti o palafitte. In tal caso, combinando opportunamente i moduli integrati contenenti i sensori, le rispettive antenne ed eventualmente i gruppi di espansione e concentrazione elettromagnetica, si possono ottenere misure nei punti prestabiliti della struttura, e trasportare i dati sino ad antenne poste in prossimità di una zona esterna verso cui i dati delle misure devono essere inviati.

Secondo un altro esempio, il package 15 à ̈ conformato in modo da essere inseribile in un chiodo o in una vite ad espansione; il chiodo, o la vite ad espansione, sono a loro volta atti ad essere infissi nella struttura solida da monitorare. Questa forma di realizzazione à ̈ particolarmente utile per monitorare strutture di edifici già esistenti, ad esempio edifici storici. In un esempio di implementazione del chiodo, esso à ̈ formato da mezzi elettromagnetici aventi funzione di espansione e concentrazione elettromagnetica, ed eventuali ulteriori gruppi di espansione e concentrazione elettromagnetica, posti su un supporto flessibile, che viene piegato ed alloggiato nel package in materiale edilizio unitamente ad un modulo integrato di rivelazione (a sua volta eventualmente compreso in un ulteriore package in materiale edilizio).

Per inserire tale chiodo nella struttura da monitorare, viene creata in essa una cavità, nella quale viene poi iniettato materiale edilizio in forma semisolida. Il chiodo à ̈ inserito all’interno di tale materiale edilizio (preferibilmente a presa rapida, destinato dunque a solidificarsi dopo l’inserimento del chiodo stesso) usando tecniche e strumenti noti in ambito edile, come ad esempio martelli in gomma o pistole ad aria compressa opportunamente modificate per alloggiare tale chiodo.

Si consideri ora, con riferimento alla figura 16, un sistema di monitoraggio 200 di parametri all’interno di una struttura solida, in cui sono impiegati il dispositivo di monitoraggio 100 ed il package 15 precedentemente descritti. Il sistema di monitoraggio 200 à ̈ in grado di monitorare uno o più parametri in uno o in una pluralità di punti (parametri “locali†), all’interno di una struttura solida 300 da monitorare.

Si noti che la rappresentazione di figura 16, avendo carattere puramente illustrativo, non à ̈ in scala. In particolare, in essa risultano ingrandite, per chiarezza di illustrazione, le dimensioni relative dei dispositivi di monitoraggio 100.

Il sistema di monitoraggio 200, illustrato in figura 16, comprende un sottosistema interno di monitoraggio 210, posto all’interno della struttura solida 300, ed un sottosistema esterno di controllo e raccolta dati 220, posto all’esterno e remotamente rispetto alla struttura solida 300.

Il sottosistema di monitoraggio interno 210 comprende una struttura di sostegno 211 passante per i punti da monitorare all’interno della struttura solida 300, e comprende inoltre una pluralità di dispositivi di monitoraggio 100 secondo la presente invenzione. Ciascuno dei dispositivi di monitoraggio 100 à ̈ fissato alla struttura di sostegno 211 in una posizione nota e predefinita.

Nell’esempio della figura 16 la struttura da monitorare à ̈ un pilastro di cemento armato 300, comprendente tondini di rinforzo in acciaio 301. Il sottosistema interno di monitoraggio 210 à ̈ dunque incluso all’interno di tale pilastro di cemento armato, sin dalla fase della sua costruzione. Nella fase di costruzione, il sottosistema interno di monitoraggio 210 viene opportunamente posto in una posizione desiderata all’interno del volume determinato da una cassaforma. Successivamente, all’interno della cassaforma, viene versato calcestruzzo liquido, che circonda il sottosistema interno di monitoraggio 210 e, solidificandosi, lo imprigiona, in modo che tale sottosistema risulti alla fine “sepolto†all’interno del pilastro in cemento armato.

La struttura di sostegno 211 à ̈ atta a fornire sostegno ed a fissare in una posizione nota e predefinita ciascuno dei dispositivi di monitoraggio 100. Tale struttura di sostegno 211 si sviluppa all’interno della struttura solida 300.

Nell’esempio di figura 16, la struttura di sostegno 211 à ̈ un filo a piombo, si sviluppa in modo rettilineo lungo una dimensione del pilastro 300.

In altre forme realizzative, la struttura di sostegno 211 può avere qualsivoglia forma, ad esempio rettilinea lungo un’altra dimensione oppure spezzata, o semicircolare, o genericamente curvilinea, o altro.

I criteri con cui tale forma viene stabilita dipendono dalla forma della struttura da monitorare: si pensi ad esempio ad una forma curvilinea, adatta all’andamento curvilineo della volta di una galleria.

Si osservi che la forma ed il posizionamento della struttura di sostegno 211 determinano lo sviluppo geometrico del sottosistema interno di monitoraggio 210, il quale può presentarsi in una amplissima gamma di variazioni.

I criteri con cui viene determinato lo sviluppo geometrico del sottosistema interno di monitoraggio 210, nelle diverse forme realizzative, possono dipendere dalla forma della struttura da monitorare e dalla selezione dei punti significativi da monitorare all’interno della struttura stessa (ad esempio, lungo uno o più assi della struttura, o in punti particolarmente delicati dal punto di vista strutturale).

I materiali di cui à ̈ costituita la struttura di sostegno 211 possono essere vari, ad esempio metallici o sintetici.

Si noti ancora che la struttura di sostegno 211, e dunque lo sviluppo geometrico del sottosistema interno di monitoraggio 210, possono comprendere diverse parti, tra loro non collegate, ciascuna delle quali avente le caratteristiche sopra elencate.

Uno o una pluralità di dispositivi di monitoraggio 100, secondo la presente invenzione, sono collegati alla struttura di sostegno 211, attraverso il supporto 3. Ciascuno dei dispositivi di monitoraggio 100 à ̈ fissato alla struttura di sostegno 211 in una posizione nota e predefinita.

In particolare, il supporto 3 può essere incollato oppure vincolato meccanicamente, in un qualsiasi modo noto, alla struttura di sostegno 211.

Secondo una forma realizzativa alternativa, già precedentemente mostrata in figura 13, à ̈ prevista una striscia di supporto 30 di materiale polimerico, tale da poter essere fissata alla struttura di sostegno 211, ed atta ad alloggiare, a distanze ed in posizioni predefinite, una pluralità di dispositivi di monitoraggio 100.

Su una striscia di supporto 30, come quella illustrata in figura 13, possono trovarsi dispositivi di monitoraggio 100 aventi svariati tipi di mezzi elettromagnetici 2, tra loro diversi. Ad esempio, possono essere presenti elmenti di espansione e concentrazione elettromagnetica per la comunicazione in campo lontano ed elementi di espansione e concentrazione elettromagnetica per la comunicazione in campo vicino. Inoltre, gli elementi di espansione e concentrazione elettromagnetica per la comunicazione in campo lontano possono avere diversi orientamenti, per tener conto delle diverse possibili direzioni di arrivo dei segnali elettromagnetici dai sistemi esterni alla struttura solida. Quindi, le antenne di tali dispositivi di espansione e concentrazione elettromagnetica possono essere ad esempio antenne polarizzate in senso verticale, antenne polarizzate in senso orizzontale, e/o antenne orientate secondo angoli diversi.

Con riferimento ancora al sistema di monitoraggio 200 illustrato in figura 16, si consideri ora il sottosistema esterno di controllo e raccolta dati (o “sottosistema esterno†220).

Il sottosistema esterno 220 può essere vantaggiosamente situato in una posizione opportuna e di installazione conveniente, anche ad una certa distanza della struttura da monitorare 300, purché tale distanza consenta la comunicazione con il sottosistema interno di monitoraggio 210 ed il suo funzionamento.

Tale sottosistema esterno à ̈ di per sé noto, e per questo viene qui descritto in modo sintetico.

Il sottosistema esterno 220 comprende una o più antenna esterne 221, mezzi di raccolta, memorizzazione ed elaborazione dati 222, mezzi di alimentazione e telealimentazione 223.

L’antenna esterna 221 à ̈ in grado di comunicare con ciascuno dei mezzi elettromagnetici 2 di ciascuno dei dispositivi di monitoraggio 100 compresi nel sottosistema di monitoraggio interno 210, in modo da realizzare con esso il già illustrato scambio di segnali di telecomunicazioni ed energia, attraverso campi elettromagnetici.

Attraverso l’antenna esterna 221, il sottosistema esterno 220 riceve i dati, inviati da uno o da una qualunque pluralità di dispositivi 100 del sottosistema interno di monitoraggio 210, rappresentativi di uno o più parametri rivelati e misurati dai rispettivi sensori 10; i dati così ricevuti vengono inoltrati ai mezzi di raccolta, memorizzazione ed elaborazione dati 222.

Inoltre, attraverso l’antenna 221, il sottosistema esterno 220 invia segnali di controllo, ad esempio comandi, ad uno o ad una qualunque pluralità di dispositivi 100 del sottosistema interno di monitoraggio 210; tali segnali di controllo servono, ad esempio, a configurare un determinato dispositivo 100, e/o a richiedere la misura di un determinato parametro in un determinato momento o continuativamente, o ad altre funzioni di comando, configurazione o manutenzione remota.

Per le funzioni sopra menzionate, si possono anche utilizzare modalità di comunicazione e protocolli di telecomunicazione di per sé noti (ad esempio, in ambito RFID).

Infine, ancora attraverso l’antenna 221, il sottosistema esterno 220 invia energia elettromagnetica, ad esempio sotto forma di onde elettromagnetiche a radiofrequenza, per la telealimentazione di uno o di una qualunque pluralità di dispositivi 100 del sottosistema interno di monitoraggio 210.

I mezzi di raccolta, memorizzazione ed elaborazione dati 222 possono essere realizzati attraverso uno o più elaboratori, fisicamente colocati agli altri elementi del sottosistema esterno 220, o anche posti remotamente e tra loro collegati mediante una qualsivoglia rete di telecomunicazioni.

I più svariati tipi di elaborazione possono essere svolti da tali elaboratori, ad esempio, e non limitativamente: monitoraggio del profilo spaziale di diversi parametri, con o senza interpolazione; monitoraggio dell’andamento temporale e storico di diversi parametri; confronto con soglie per determinare eventuali condizioni di degrado e di pericolo, e così via.

I mezzi di alimentazione e telealimentazione 223 possono includere diversi tipi di generatori di energia, basati ad esempio su celle solari, o su celle a combustibile, o su batterie ricaricabili.

Ulteriori forme di realizzazione di un sistema di monitoraggio secondo l’invenzione prevedono di inserire direttamente nella struttura da monitorare uno o una pluralità di assemblaggi, comprendenti un package in materiale edilizio che riveste uno o una pluralità di dispositivi di monitoraggio: ad esempio, sotto forma di uno dei già citati chiodi o viti ad espansione, contenente uno o più dispositivi di monitoraggio interamente contenuti e rivestiti di un package in materiale edilizio.

Con riferimento alle figure 17 e 18, viene ora descritto un metodo di fabbricazione di un dispositivo 100 per la rivelazione ed il monitoraggio di uno o più parametri locali all’interno di una struttura solida 300. Tale metodo comprende le fasi di: fabbricare una porzione di alloggiamento 151, utilizzando materiale edilizio formato di particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche, nella quale porzione di alloggiamento 151 à ̈ predisposto un alloggiamento 150; quindi, inserire nell’alloggiamento 150 un modulo integrato di rivelazione 1 del dispositivo 100; poi, formare una porzione di riempimento 152, utilizzando materiale edilizio formato di particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche, per costruire un package 15 disposto in modo da rivestire interamente il modulo integrato di rivelazione 1; infine fissare il package 15 a mezzi di supporto 3 del dispositivo 100, configurati per supportare ulteriormente mezzi elettromagnetici 2 del dispositivo 100, ed inoltre configurati per vincolare il dispositivo 100 ad una struttura di sostegno passante per i punti da monitorare all’interno della struttura solida.

Secondo un’ulteriore esempio realizzativo, illustrato in figura 18, il metodo comprende le ulteriori fasi di fabbricare una ulteriore porzione di package, intorno ad una porzione del dispositivo 100 ulteriore rispetto al modulo integrato di rivelazione 1, mediante iniezione, in uno stampo 40, di materiale edilizio formato di particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche.

In particolare, dopo aver posto il modulo integrato di rivelazione nel rispettivo alloggiamento 150, si può appoggiare il supporto 3 sopra alla porzione di package già formato, e si completa il package 15 tramite ulteriore materiale edilizio dello stesso tipo, in porzioni determinate dallo stampo 40, in modo da comprendere una qualsiasi porzione del dispositivo, secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione del dispositivo, già descritte. In particolare, viene riempito, tra l’altro l’alloggiamento 150 in cui si trova il modulo integrato di rivelazione 1.

Nel supporto 3, possono essere presenti delle cavità o dei fori, in modo da collegare le diverse porzioni del package, rendendolo nel complesso più robusto. La presenza di tali fori o cavità consente inoltre di far uscire l’aria, l’acqua ed il vapore acqueo presenti nel materiale edilizio.

Vantaggiosamente, per evitare che si formino cavità e disomogeneità all’interno del package, lo stampo può essere fatto vibrare, per facilitare la fuoriuscita di gas presenti nello stampo medesimo.

In accordo con un ulteriore esempio realizzativo, il metodo prevede l’ulteriore fase di allineare la porzione di alloggiamento 151 e la porzione di riempimento 152 del package 15, mediante ad esempio guide meccaniche.

Secondo un ulteriore realizzazione del metodo, esso comprende (prima della fase di inserire il modulo integrato di rivelazione 1 nell’alloggiamento 150) l’ulteriore fase di incapsulare il modulo integrato di rivelazione 1 in un pre-package di materiale edilizio.

Come si può constatare, lo scopo della presente invenzione à ̈ raggiunto dal package e dal dispositivo di monitoraggio precedentemente descritti, in virtù delle proprie caratteristiche.

Infatti, il package in materiale edilizio della presente invenzione consente una misurazione accurata dei parametri locali da monitorare. Nel contempo, esso garantisce che il dispositivo di monitoraggio della presente invenzione risulti semplice, robusto ed affidabile, in grado di resistere alle pressioni e temperature presenti all’interno di una struttura solida da monitorare, sia in fase di costruzione sia lungo la rispettiva vita operativa, ed inoltre particolarmente robusto rispetto alle principali cause di degradazione, quali quelle dovute ad esempio ad acqua ed umidità.

Il package, essendo realizzato con materiale simile al materiale usato per la struttura edilizia, à ̈ completamente compatibile con la struttura stessa. Nel contempo, il materiale edilizio del package, formato ad esempio almeno in parte da microsilice, à ̈ anche compatibile con il substrato in silicio del chip su cui à ̈ realizzato il modulo integrato di rivelazione 1 del dispositivo 100.

Inoltre la forma del package 15, secondo la presente invenzione, può essere qualsivoglia, adattandosi ad un’ampia gamma di applicazioni.

Alle forme di realizzazione del package, del dispositivo di monitoraggio, del sistema di monitoraggio e del metodo di fabbricazione, sopra descritte, un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti anche congiuntamente all’arte nota, creando anche implementazioni ibride, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims (24)

1. RIVENDICAZIONI 1. Package (15) per dispositivo (100) atto ad essere incorporato in una struttura solida per la rivelazione ed il monitoraggio di uno o più parametri locali, caratterizzato dal fatto che detto package (15) à ̈ fabbricato con materiale edilizio formato da particelle di dimensioni micrometriche o submicrometriche (155).
2. 2. Package (15) secondo la rivendicazione 1, in cui detto package (15) Ã ̈ sostanzialmente isotropo su scala millimetrica.
3. 3. Package (15) secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, in cui dette particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche (155) comprendono particelle di microsilice o fumo di silice.
4. 4. Package (15) secondo una delle rivendicazioni 1-3, in cui dette particelle (155) comprendono inoltre particelle magnetiche.
5. 5. Package (15) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, comprendente: - una porzione di alloggiamento (151), avente un alloggiamento (150) per un modulo integrato di rivelazione (1) compreso nel dispositivo (100); - una porzione di riempimento (152), conformata per ricoprire interamente detto modulo integrato di rivelazione (1).
6. 6. Package (15) secondo la rivendicazione 5, in cui l’alloggiamento (150) à ̈ ruotato di un angolo noto rispetto ad un sistema di assi del package (15), per determinare un predefinito posizionamento del modulo integrato di rivelazione (1), in modo da rivelare almeno uno di detti uno o più parametri locali, lungo una rispettiva predefinita direzione, correlata al detto predefinito posizionamento.
7. 7. Dispositivo (100) per la rivelazione ed il monitoraggio di uno o più parametri locali all’interno di una struttura solida (300), comprendente: - un modulo integrato di rivelazione (1) avente almeno un sensore integrato (10); - un package (15) disposto in modo da rivestire almeno una porzione del dispositivo (100), detta porzione comprendendo il modulo integrato di rivelazione (1), ed in cui il package (15) à ̈ in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6.
8. 8. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 7, in cui il package (15) à ̈ disposto con una sua superficie interna (158) a contatto con l’almeno un sensore integrato (10) e con una sua superficie esterna (157) a contatto con una porzione della struttura solida (300), in modo tale da separare l’almeno un sensore integrato (10) dalla struttura solida (300) e consentire il trasferimento all’almeno un sensore integrato (10) di almeno una grandezza rilevabile correlata ad un rispettivo parametro, degli uno o più parametri locali, misurato nella detta porzione di struttura solida (300) a contatto con il package (15).
9. 9. Dispositivo (100) secondo una delle rivendicazioni 7 o 8, in cui l’almeno un sensore integrato (10) à ̈ in grado di rivelare uno o più parametri selezionati tra quelli del seguente gruppo: pressione, temperatura, sforzo meccanico.
10. 10. Dispositivo secondo le rivendicazioni 8 e 9, in cui il sensore integrato (10) à ̈ un sensore di temperatura, in grado di misurare la temperatura a cui à ̈ sottoposto sfruttando il fenomeno delle variazioni della mobilità nel silicio in dipendenza della temperatura; ed in cui detta grandezza rilevabile corrisponde sostanzialmente ad una combinazione mediata di valori assunti dalla temperatura in diversi punti della porzione di struttura solida a contatto con il package (15).
11. 11. Dispositivo secondo le rivendicazioni 8 e 9, in cui il sensore integrato (10) à ̈ un sensore di pressione o di sforzo meccanico, comprendente materiale cristallino avente uno o più predefiniti assi cristallini, detto sensore di pressione o di sforzo meccanico essendo in grado di misurare la pressione o lo sforzo meccanico a cui à ̈ sottoposto, lungo almeno uno degli assi cristallini, sfruttando il fenomeno della piezoresistenza nel silicio ed in cui detta grandezza rilevabile corrisponde sostanzialmente ad una combinazione mediata di valori assunti dalla pressione o dallo sforzo meccanico, lungo detto almeno un asse cristallino, in diversi punti della porzione di struttura solida a contatto con il package (15).
12. 12. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-11, in cui: - il modulo integrato di rivelazione (1) comprende ulteriormente una antenna integrata (11); - il modulo integrato di rivelazione (1) à ̈ realizzato su un singolo chip; e - il package (15) riveste completamente detto singolo chip, in modo tale che il modulo integrato di rivelazione (1) sia interamente sigillato in modo ermetico ed isolato galvanicamente dall’ambiente circostante.
13. 13. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-12, comprendente inoltre: - mezzi elettromagnetici (2) per la trasmissione/ricezione di segnali tra l’antenna integrata (11) del modulo integrato di rivelazione (1) ed un’antenna remota (221); detti antenna integrata (11), mezzi elettromagnetici (2) ed antenna remota (221) potendo comunicare e trasferire energia attraverso accoppiamento magnetico o elettromagnetico in modalità wireless; - mezzi di supporto (3) configurati per fornire un supporto al modulo integrato di rivelazione (1) ed ai mezzi elettromagnetici (2), rendendoli tra loro solidali, e configurati inoltre per vincolare il dispositivo (100) ad una struttura di sostegno (211) passante per i punti da monitorare all’interno della struttura solida (300); il dispositivo (100) essendo caratterizzato dal fatto che il package (15) riveste ulteriormente almeno una porzione dei mezzi di supporto (3).
14. 14. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 13, in cui detti mezzi elettromagnetici (2) comprendono: - una prima antenna (21), configurata per comunicare con l’antenna integrata (11), mediante accoppiamento magnetico per la comunicazione elettromagnetica in campo vicino; - una seconda antenna (22), configurata per comunicare con l’antenna remota (221), mediante comunicazione elettromagnetica in campo lontano; - mezzi di connessione (23), configurati per collegare dette prima antenna (21) e seconda antenna (22); il dispositivo (100) essendo caratterizzato dal fatto che il package (15) riveste una porzione dei mezzi di supporto (3) contenente la prima antenna (21).
15. 15. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 14, in cui la prima antenna (21) e la seconda antenna (22) sono reciprocamente inclinate di un qualunque angolo tra 0° e 180°, per espandere o concentrare energia elettromagnetica in una rispettiva qualsivoglia direzione.
16. 16. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 14, in cui detti mezzi di connessione (23) comprendono ulteriormente una terza antenna (251), collegata mediante una prima linea di trasmissione (231) con detta prima antenna (21), ed una quarta antenna (252) collegata mediante una seconda linea di trasmissione (232) con detta seconda antenna (22), in modo da formare un gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica (25), dette terza antenna (251) e quarta antenna (252) essendo configurate per comunicare tra loro mediante accoppiamento magnetico per la comunicazione elettromagnetica in campo vicino, dette prima antenna (21) e terza antenna (251) essendo reciprocamente inclinate di un qualunque angolo tra 0° e 180°, e dette seconda antenna (22) e quarta antenna (252) essendo reciprocamente inclinate di un qualunque angolo tra 0° e 180°, per espandere o concentrare energia elettromagnetica in una rispettiva qualsivoglia direzione, il dispositivo (100) essendo caratterizzato dal fatto che il package (15) riveste una porzione dei mezzi di supporto (3) contenente detto almeno un gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica (25).
17. 17. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 16, in cui detti mezzi di connessione (23) comprendono almeno un ulteriore gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica, interposto tra la terza antenna (251) e la quarta antenna (252), l’almeno un ulteriore gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica comprendendo una quinta antenna ed una sesta antenna, tra loro collegate, configurate per comunicare, mediante accoppiamento magnetico per la comunicazione elettromagnetica in campo vicino, rispettivamente con un antenna di un gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica, posto in cascata a monte dell’almeno un ulteriore gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica, e con un antenna di un gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica, posto in cascata a valle dell’almeno un ulteriore gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica, dette quinta antenna e sesta antenna essendo reciprocamente inclinate di un qualunque angolo tra 0° e 180°, in dipendenza di un’inclinazione della rispettiva antenna collegata mediante accoppiamento wireless, per espandere o concentrare energia elettromagnetica in una rispettiva qualsivoglia direzione, il dispositivo (100) essendo caratterizzato dal fatto che il package (15) riveste una porzione dei mezzi di supporto (3) contenente anche detto almeno un ulteriore gruppo di espansione e concentrazione elettromagnetica.
18. 18. Dispositivo (100’) secondo la rivendicazione 13, comprendente inoltre almeno un ulteriore modulo integrato di rivelazione (1’’), collocato nei mezzi di supporto (3’) e nel quale i mezzi elettromagnetici (2) comprendono: - una prima antenna (21’), comprendente una spira (21’) configurata per comunicare con l’antenna integrata del modulo integrato di rivelazione (1’), mediante accoppiamento magnetico per la comunicazione elettromagnetica in campo vicino; - almeno una rispettiva ulteriore prima antenna (21’’) comprendente un’ulteriore spira (21’’) configurata per comunicare con l’antenna integrata dell’ulteriore modulo integrato di rivelazione (1’’), mediante accoppiamento magnetico per la comunicazione elettromagnetica in campo vicino; la spira (21’) della prima antenna e l’ulteriore spira (21’’) dell’ulteriore prima antenna essendo tra loro operativamente collegate in cascata o in parallelo o in serie; il dispositivo (100) essendo caratterizzato dal fatto che il package (15) riveste una porzione dei mezzi di supporto (3) contenente interamente detto ulteriore modulo integrato di rivelazione (1’’), e detti mezzi elettromagnetici (2).
19. 19. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-18, in cui il package (15) riveste completamente il dispositivo (100).
20. 20. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 19, in cui il package (15) à ̈ conformato in modo da essere inseribile in una rispettiva cavità all’interno della struttura solida da monitorare (300).
21. 21. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 19, in cui il package (15) Ã ̈ conformato in modo da essere inseribile in un chiodo o in una vite ad espansione, detto chiodo e detta vite ad espansione essendo atte ad essere infisse nella struttura solida da monitorare (300).
22. 22. Sistema di monitoraggio (200) di uno o più parametri in una pluralità di punti all’interno di una struttura solida (300), comprendente: - un sottosistema di monitoraggio interno (210) posto all’interno della struttura solida (300); - un sottosistema esterno di controllo e raccolta dati (220) posto all’esterno e remotamente rispetto alla struttura solida (300); caratterizzato dal fatto che: - il sottosistema di monitoraggio interno (210) comprende una struttura di sostegno (211) passante per i punti da monitorare all’interno della struttura solida (300), e comprende inoltre una pluralità di dispositivi di monitoraggio (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 21, ciascuno di detta pluralità di dispositivi di monitoraggio (100) essendo fissato alla struttura di sostegno (211) in una posizione nota e predefinita.
23. 23. Metodo di fabbricazione di un dispositivo (100) per la rivelazione ed il monitoraggio di uno o più parametri locali all’interno di una struttura solida (300), comprendente le fasi di: - fabbricare una porzione di alloggiamento (151), utilizzando materiale edilizio formato da particelle di dimensioni micrometriche o submicrometriche (155), nella quale porzione di alloggiamento (151) à ̈ predisposto un alloggiamento (150); - inserire nel detto alloggiamento (150) un modulo integrato di rivelazione (1) del dispositivo (100); - formare una porzione di riempimento (152), utilizzando materiale edilizio formato di particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche (155), per costruire un package (15) disposto in modo da rivestire interamente il modulo integrato di rivelazione (1); - fissare detto package (15) a mezzi di supporto (3) del dispositivo (100), configurati per supportare ulteriormente mezzi elettromagnetici (2) del dispositivo (100), ed inoltre configurati per vincolare il dispositivo (100) ad una struttura di sostegno (211) passante per i punti da monitorare all’interno della struttura solida (300).
24. 24. Metodo secondo la rivendicazione 25, comprendente le ulteriori fasi di: - fabbricare una ulteriore porzione di package, intorno ad una porzione del dispositivo (100) ulteriore rispetto al modulo integrato di rivelazione (1), mediante iniezione in uno stampo (40) di materiale edilizio formato da particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche (155).