ITMI20121595A1 - Manufatto di materiale di costruzione - Google Patents

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ITMI20121595A1
ITMI20121595A1 IT001595A ITMI20121595A ITMI20121595A1 IT MI20121595 A1 ITMI20121595 A1 IT MI20121595A1 IT 001595 A IT001595 A IT 001595A IT MI20121595 A ITMI20121595 A IT MI20121595A IT MI20121595 A1 ITMI20121595 A1 IT MI20121595A1
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magnetic
magnetic circuit
circuit
buried
soft
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Alberto Pagani
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St Microelectronics Srl
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Description

MANUFATTO DI MATERIALE DI COSTRUZIONE
CAMPO TECNICO
L'invenzione concerne i dispositivi di monitoraggio in strutture edilizie e più in particolare un manufatto composto di materiale di costruzione comprendente un circuito magnetico al quale sono magneticamente accoppiati dispositivi di rilevazione di almeno una caratteristica fisica del materiale di costruzione.
BACKGROUND
Il processo di attuazione di una strategia di rilevamento dei danni e la caratterizzazione di strutture meccaniche à ̈ denominato Monitoraggio Strutturale, o Structural Health Monitoring (SHM). Il danno à ̈ definito in genere come le modifiche al materiale e/o le proprietà geometriche di un sistema strutturale, comprese le modifiche alle condizioni al contorno e la connettività del sistema, che influiscono negativamente sulle prestazioni del sistema. Il processo di SHM implica l'osservazione del sistema meccanico nel tempo utilizzando periodicamente
• misure di risposta dinamica da un insieme di sensori,
• l'estrazione di caratteristiche di danni sensibili o alterazioni delle struttura da queste misurazioni,
• l'analisi statistica di queste caratteristiche per determinare lo stato attuale di salute del sistema (detta anche analisi strutturale).
L’output di questo processo (aggiornato periodicamente) sono tutte le informazioni riguardanti la capacità della struttura di svolgere la sua funzione alla luce dell’inevitabile invecchiamento e del degrado derivante da ambienti operativi. Dopo eventi estremi, come terremoti, esplosioni, incendi, lo SHM viene utilizzato per lo screening rapido della condizione della struttura per fornire, in tempo quasi reale, informazioni affidabili per quanto riguarda l'integrità della struttura stessa.
Attualmente, i sistemi SHM utilizzano sensori situati all’esterno delle superfici da controllare. Ad esempio, nei ponti si utilizzano una serie di sensori (anemometri per calcolare la velocità del vento, accelerometri, estensimetri, trasduttori di movimento, sensori di temperatura, sensori per rilevare il movimento dei pesi, ecc…) situati tutti sulle superfici esterne di travi, cavi o piloni, al fine di:
• stimare gli effetti dei carichi sul ponte,
• valutare lo stato di affaticamento del ponte,
• prevedere la probabile evoluzione delle strutture del ponte e la sua “vita residua†. Sono stati progettati dei sistemi SHM con dispositivi di rilevazione aventi sensori (che ad esempio possono misurare pressione, umidità, temperatura, ecc.) adatti ad essere sepolti nelle strutture stesse da monitorare. Tali dispositivi hanno almeno un'antenna di telealimentazione e di trasmissione per comunicare le misure rilevate all’esterno delle strutture edilizie stesse, in modo simile ai dispositivi RFID (che sono privi di sensore) illustrati nell'articolo di A. Finocchiaro, G. Ferla, G. Girlando, F. Carrara e G. Palmisano, "A 900-MHz RFID System with TAG-Antenna Magnetically-Coupled to the Die", 2008 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, pages 281-284. Essi sono del tipo divulgato ad esempio nelle domande di brevetto statunitense US 2004/0153270, US 2012/0161789 e US2009/0033467, e nella pubblicazione PCT WO 2012/084295, qui incorporate per espresso riferimento, e sono illustrati nelle figure 1, 2, 3 e 4.
Per alimentare i sensori sepolti anche in strutture di grandi dimensioni, à ̈ noto l'utilizzo di linee elettriche schermate di alimentazione o di dispositivi, dotati di un'antenna ricevente e un'antenna trasmittente, che funzionano da collegamenti che trasmettono in modalità contactless a distanza l'energia elettromagnetica necessaria al funzionamento dei sensori sepolti. Tali linee elettriche schermate e i dispositivi che fungono da collegamenti contactless sono sepolti nel copriferro perché le onde elettromagnetiche sono notevolmente attenuate anche da strati di calcestruzzo relativamente sottili nonché dalle sbarre metalliche sepolte nelle strutture edili di cemento armato. Senza di essi, attualmente non si riuscirebbe a fare in modo che le antenne di telealimentazione dei dispositivi di rilevazione sepolti in manufatti di materiale di costruzione ricevano un campo elettromagnetico di sufficiente intensità per far funzionare i dispositivi di rilevazione stessi.
Una difficoltà connessa all'uso di tali dispositivi sepolti consiste nella limitata affidabilità dei collegamenti elettrici usati per alimentarli. In particolare nelle strutture edili di grandi dimensioni, come i ponti, i collegamenti elettrici o contactless di alimentazione dei sensori sepolti possono deteriorarsi nel tempo o restare danneggiati in seguito ad eventi catastrofici.
Come schematicamente mostrato in figura 5, che si riferisce alla disposizione di sensori e collegamenti di alimentazione contactless divulgata nella domanda PCT WO2012/084295 ed US 2009/0033467 a nome della stessa richiedente, tali collegamenti contactless sono tipicamente sepolti nel copriferro. Il copriferro à ̈ la parte di una struttura edile che più facilmente viene danneggiata in caso di incendi o di terremoti, per cui le connessioni elettriche e/o i dispositivi contactless sepolti in essa possono essere danneggiati proprio quando, dopo un evento catastrofico, à ̈ necessario che essi funzionino correttamente per alimentare i sensori sepolti e quindi per avere informazioni sui danni eventualmente subiti dalla struttura.
SOMMARIO
È desiderabile riuscire ad alimentare dispositivi di rilevazione, galvanicamente isolati e alimentabili in maniera contactless, ad esempio del tipo descritto nelle domande di brevetto statunitense US 2009/0033467 o italiano ITMI20102365 o PCT WO2012/084295 a nome della stessa richiedente, sepolti in strutture edili relativamente grandi, senza dover seppellire nel copriferro dispositivi contactless oppure linee elettriche di alimentazione o antenne di tali dispositivi di rilevazione.
Per risolvere questo problema, à ̈ stato realizzato un manufatto di materiale di costruzione nel quale à ̈ sepolto un circuito magnetico, fatto di materiale adatto a convogliare un campo magnetico variabile indotto attraverso di esso. Nel manufatto sono sepolti anche una pluralità di dispositivi di rilevazione galvanicamente isolati ed alimentabili in maniera contactless, aventi sensori per rilevare almeno una caratteristica del materiale di costruzione, tutti provvisti di rispettivi circuiti di alimentazione contactless configurati in modo da essere magneticamente accoppiati a detto circuito magnetico e da generare per induzione una tensione di alimentazione del sensore quando il circuito magnetico à ̈ attraversato da un campo magnetico variabile.
Con una bobina di eccitazione esterna o anche con uno strumento del tipo usato nei magnetometri avente una forma di ferro di cavallo sul quale à ̈ avvolto una bobina di eccitazione, à ̈ possibile indurre dall'esterno del manufatto un campo magnetico variabile nel circuito magnetico interno. Tale campo magnetico variabile, convogliato lungo tutto il circuito magnetico o almeno lungo parte di esso, permetterà di alimentare sensori sepolti anche a distanze relativamente grandi dalla bobina di eccitazione.
Secondo una forma di realizzazione, il circuito magnetico à ̈ costituito da tondini di acciaio saldati tra loro ed eventualmente ricoperti di uno strato di materiale softmagnetico.
Secondo una forma di realizzazione, una bobina di eccitazione à ̈ avvolta su una porzione del circuito magnetico che fuoriesce dal manufatto, ed à ̈ configurata in modo da indurre un campo magnetico variabile nel circuito magnetico.
Secondo un'altra forma di realizzazione, il circuito magnetico à ̈ interamente sepolto e la bobina di eccitazione avvolta su una porzione del circuito magnetico à ̈ sepolta nel manufatto ed ha terminali che fuoriescono da esso.
Le rivendicazioni come depositate sono parte integrante di questa descrizione e sono qui incorporate per espresso riferimento.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La figura 1 mostra una linea schermata adatta ad alimentare un sensore sepolto in un materiale di costruzione.
La figura 2 mostra un dispositivo noto adatto a trasmettere in modalità contactless l'energia elettromagnetica necessaria al funzionamento di un sensore sepolto.
Le figure 3 e 4 mostrano dispositivi noti adatti a ricevere in modalità contactless energia elettromagnetica disposti in successione a distanza l'uno dall'altro.
La figura 5 mostra un copriferro di un manufatto di materiale di costruzione contenente un dispositivo adatto a ricevere energia elettromagnetica in modalità contactless necessaria al funzionamento di un sensore sepolto.
La figura 6 illustra una forma di realizzazione del nuovo manufatto di materiale di costruzione contenente un circuito magnetico e sensori magneticamente accoppiati ad esso.
La figura 7 mostra come accoppiare magneticamente al circuito magnetico sepolto un dispositivo del tipo divulgato nella domanda di brevetto statunitense US 2009/0033467 e PCT WO2012/084295.
Le figure da 8 a 12 mostrano forme di realizzazione alternative per eccitare un campo magnetico variabile nel materiale magnetico del circuito magnetico sepolto nel manufatto.
La figura 13 illustra una forma di realizzazione del circuito magnetico collegando sbarre di acciaio sepolte nel manufatto ed eventualmente ricoperte da uno strato esterno di materiale magnetico.
La figura 14 mostrano sezioni di forme di realizzazione di sbarre di acciaio ricoperte da uno strato esterno di materiale magnetico adatte ad essere impiegate per realizzare il circuito magnetico illustrato in figura 13.
La figura 15 mostra una forma di realizzazione del circuito magnetico mediante fili ricoperti di materiale magnetico.
La figura 16 mostra forme di realizzazione di fili di acciaio ricoperti adatti ad essere impiegati per realizzare il circuito magnetico illustrato in figura 15.
Le figure 17 e 18 mostrano fogli di materiale isolante rispettivamente ricoperti interamente oppure a strisce con un materiale magnetico o soft-magnetico, idonei ad essere arrotolati per costituire il circuito magnetico sepolto nel manufatto.
La figura 19 mostra un circuito magnetico costituito da sbarre di acciaio ricoperte di uno strato esterno di materiale magnetico o soft-magnetico e dispositivi di rilevazione magneticamente accoppiati ad esso.
La figura 20 mostra una forma di realizzazione di un dispositivo di rilevazione con un'antenna di espansione elettromagnetica.
Le figure da 21 a 30 mostrano diverse forme di realizzazione di dispositivi di rilevazione accoppiabili al circuito magnetico sepolto del manufatto.
DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE ESEMPLIFICATIVE
Una forma di realizzazione illustrata in figura 6 mostra il nuovo manufatto di materiale di costruzione 1 contenente un circuito magnetico 2 e dispositivi di rilevazione 3 di almeno una caratteristica fisica del materiale di costruzione ove tali dispositivi di rilevazione 3 sono magneticamente accoppiati al circuito magnetico 2. Il circuito magnetico 2 può essere interamente sepolto all'interno del materiale di costruzione 1, come mostrato in figura 6, oppure esserlo solo parzialmente, come sarà illustrato in seguito.
Dispositivi di rilevazione 3 idonei ad essere sepolti in un manufatto di materiale di costruzione, come ad esempio quelli divulgati nella domanda di brevetto italiano ITMI20102365 o PCT WO2012/084295 a nome della stessa richiedente e mostrati in figura 7, sono magneticamente accoppiati al circuito magnetico 2. Inducendo un campo magnetico variabile attraverso il circuito magnetico 2, il circuito di alimentazione e comunicazione contactless 4 genera una tensione indotta di alimentazione del sensore IC 5, che così può funzionare anche senza collegamenti elettrici con il mondo esterno. Nella tecnica divulgata nella domanda WO2012/084295, venivano installati nel materiale di costruzione a partire dal copriferro dei dispositivi che, funzionando come collegamenti contactless 4, trasportavano l’energia di un campo elettromagnetico di alimentazione ai sensori IC 5 dei dispositivi di rilevazione 3 sepolti, che erano schermati dal copriferro stesso e dalla struttura metallica sepolta nel materiale di costruzione che agiva come una gabbia di Faraday. Invece, secondo la tecnica della presente divulgazione, si utilizza una struttura preferibilmente ma non esclusivamente chiusa a formare un circuito magnetico 2 per alimentare a distanza i sensori IC 5 dei dispositivi di rilevazione 3 sepolti, senza utilizzare i dispositivi della domanda WO2012/084295 che agivano come collegamenti contactless sepolti a partire dal copriferro oppure senza usare linee elettriche dedicate di alimentazione dei dispositivi di rilevazione.
Anche in caso di eventi distruttivi come incendi o terremoti, in cui il copriferro dovesse essere danneggiato, sarà sempre possibile indurre un campo magnetico variabile nel circuito magnetico e quindi alimentare i sensori IC 5 sepolti. Eventuali danni al circuito magnetico, quali ad esempio ossidazioni o anche piccole interruzioni, risulteranno eventualmente in un sottile traferro che aumenterà la riluttanza totale del circuito magnetico, ma non impedirà ad una bobina di eccitazione esterna di indurre un campo magnetico variabile di intensità sufficiente ad alimentare almeno uno dei sensori sepolti. Sono possibili diversi modi per creare un campo magnetico variabile all'interno del circuito magnetico 2. A scopo di esempio, se ne illustrano alcuni nelle figure da 8 a 12. Se il materiale magnetico del circuito magnetico 2 non à ̈ interamente sepolto nel materiale di costruzione, come mostrato in figura 8, si può collegare una bobina di eccitazione 6 ad un'unità 7, che tipicamente conterrà un generatore configurato per forzare una corrente attraverso la bobina di eccitazione 6 e, opzionalmente, circuiti di ricetrasmissione di segnali da/per i dispositivi di rilevazione 3 sepolti ed accoppiati al circuito magnetico 2, e sempre opzionalmente potrà contenere sistemi per la raccolta ed analisi dei dati provenienti dai dispositivi di rilevazione 3.
In alternativa, come mostrato in figura 9, la bobina di eccitazione 6 può essere sepolta nel materiale di costruzione ed essere collegata con l’unità 7 esterna attraverso fili dotati di connettori elettrici 8 che sporgono dal manufatto.
Come mostrato nelle figure 10 e 11, per alimentare la bobina di eccitazione 6 si può usare un circuito 9 dotato di un’antenna 20 per alimentare a distanza il sistema costituito dal circuito magnetico 2 e dai dispositivi di rilevazione 3, in modo da forzare una corrente attraverso la bobina 6 a partire da un campo elettromagnetico irradiato dall’antenna dell’unità 7 e percepito dall’antenna del circuito 9. Opzionalmente, il circuito 9 può essere dotato di celle fotovoltaiche 10 in modo da poter forzare una corrente attraverso la bobina 6 anche quando l’unità 7 non à ̈ presente o non irradia alcun campo elettromagnetico, o non irradia un campo magnetico sufficientemente intenso. Opzionalmente, il circuito 9 può essere dotato di batterie e/o accumulatori per immagazzinare energia, che può essere ad esempio utilizzata di notte. Opzionalmente, il circuito 9 può essere dotato di circuiti per la raccolta dei dati provenienti dai sensori IC 5 sepolti e poi trasmessi anche in un secondo momento all’unità 7.
Secondo un aspetto della presente invenzione, i dispositivi di rilevazione 3 possono essere alimentati come mostrato in figura 12, usando un dispositivo di eccitazione 11 composto da un materiale magnetico 12 ad esempio a ferro di cavallo nel quale viene eccitato un campo magnetico variabile dalla bobina 6 alimentata dall’unità 7. Avvicinando il materiale magnetico 12 a ferro di cavallo al circuito magnetico 2, si induce in quest'ultimo un campo magnetico variabile che permette di alimentare almeno un dispositivo di rilevazione 3. Questo può essere utile per effettuare misure locali di parametri della struttura edilizia per valutate il suo stato di salute in aree specifiche. Tali dispositivi di eccitazione 11 sono utilizzati in magnetometria, per misurare variazioni di riluttanza di circuiti magnetici, e nei metal detector. Un qualsiasi tecnico esperto saprebbe realizzare un tale dispositivo di eccitazione 11 a partire dalle indicazioni date sopra e da quanto comunemente noto nell'arte, pertanto non si descriverà ulteriormente la sua realizzazione pratica.
Il circuito magnetico 2 può essere realizzato collegando tra loro sbarre di acciaio o tondini sepolti nel manufatto, come mostrato in figura 13. Tale forma di realizzazione può essere facilmente implementata saldando tra loro le sbarre di acciaio già presenti in una struttura di cemento armato. Per le caratteristiche di riluttanza magnetica delle sbarre, la forma di realizzazione illustrata potrà essere convenientemente utilizzata per convogliare campi elettromagnetici variabili a frequenze relativamente basse.
Per ridurre la riluttanza del circuito magnetico alle medie/alte frequenze, convenientemente le sbarre potranno essere ricoperte di un sottile strato superficiale di materiale magnetico o da uno strato contenente particelle di materiale magnetico, preferibilmente soft-magnetico, cioà ̈ un materiale che ha un ciclo di isteresi relativamente stretto con una magnetizzazione residua trascurabile, come mostrato in figura 14. In questo modo, sarà possibile alimentare e comunicare con dispositivi di rilevazione sepolti a distanze relativamente grandi usando campi elettromagnetici variabili a media/alta frequenza.
Convenientemente, al fine di ridurre le correnti parassite e le relative perdite, le sbarre di acciaio saranno ricoperte da uno strato di materiale diamagnetico, a sua volta ricoperto dallo strato superficiale di materiale magnetico o soft-magnetico. Il materiale diamagnetico ha la funzione di ridurre il flusso magnetico attraverso le sbarre di acciaio e fare in modo che tale flusso magnetico preferisca attraversare il materiale magnetico che ricopre il materiale diamagnetico.
A titolo di esempio, il materiale magnetico o soft-magnetico potrà essere scelto tra cobalto, nickel, ferro e loro leghe, e potrà essere depositato sulle sbarre di acciaio che formano il circuito magnetico 2 usando tecniche tradizionali. Nel caso in cui tale materiale magnetico o soft-magnetico sia sotto forma di particelle, esso potrà essere depositato ad esempio tramite una vernice o uno spray.
Per ridurre ulteriormente le perdite dovute a correnti parassite e permettere così di far funzionare i sensori IC 5 sepolti a frequenze relativamente elevate, secondo una forma di realizzazione il circuito magnetico 2 sarà costituito, come schematicamente mostrato in figura 15, da fili di materiale magnetico oppure, come mostrato in figura 16, da fili ricoperti di materiale magnetico. Ciò renderà il circuito magnetico flessibile, rendendolo adatto a creare circuiti magnetici con percorsi anche curvilinei molto complessi, per effettuare misure di parametri della struttura edilizia anche in zone molto specifiche. Opzionalmente, i fili possono essere ricoperti da uno strato di materiale isolante al fine di ridurre le correnti parassite, ed eventualmente i fili possono essere attorcigliati a formare una treccia o cavo.
Secondo altre forme di realizzazione, mostrate nelle figure 17 e 18, particolarmente adatte per convogliare campi magnetici variabili ad alta frequenza, il circuito magnetico 2 può essere realizzato arrotolando su se stesso un foglio di materiale isolante 13 sul quale à ̈ deposto un coating di materiale magnetico o soft-magnetico 14 uniforme (figura 17) oppure con un pattern ad esempio a strisce (figura 18) e seppellendo il foglio così arrotolato nel materiale di costruzione durante la colata. Il coating 14, deposto con una tecnologia preferibilmente ma non esclusivamente thin film, avrà una bassa riluttanza perché costituito di materiale magnetico o soft-magnetico, e presenterà perdite per correnti di Foucault relativamente contenute a causa del suo ridotto spessore.
Il materiale isolante 13 può essere una resina, un materiale fibroso o anche un polimero, come ad esempio Teflon, Kapton, PEN, PET, Polyimide o Arylite. Preferibilmente, lo strato di materiale soft-magnetico avrà uno spessore compreso tra 100nm e 1mm, più preferibilmente tra 0.5Î1⁄4m e 2Î1⁄4m, ancora più preferibilmente avrà uno spessore di 1Î1⁄4m. Il foglio di materiale isolante 13 può essere arrotolato su se stesso con la superficie ricoperta dallo strato di materiale magnetico o soft-magnetico rivolta verso l'interno o verso l’esterno.
Test eseguiti dalla richiedente hanno mostrato che un circuito magnetico secondo la forma di realizzazione delle figure 17 e 18, permette di alimentare dispositivi di rilevazione e ricetrasmettere dati da/verso essi ad alte frequenze anche a distanze di diverse decine di metri.
Come mostrato in figura 19, i dispositivi di rilevazione 3 da accoppiare al circuito magnetico 2 potranno avere un circuito detto di espansione o concentrazione elettromagnetica, definito in modo da essere concatenato sia con il circuito magnetico 2 che con il sensore IC 5 o dispositivo di rilevazione IC. Nella forma esemplificativa di realizzazione mostrata in figura 19, la sbarra di acciaio à ̈ ricoperta di uno strato di materiale magnetico o soft-magnetico, in modo tale che esso abbia una riluttanza ridotta. Ciò permetterà di migliorare le prestazioni del circuito magnetico riducendo gli effetti di dissipazione del campo magnetico variabile convogliato e quindi consentire di scambiare informazioni con il dispositivo di rilevazione IC anche a frequenze relativamente elevate.
In una forma di implementazione mostrata in figura 20, il dispositivo di rilevazione 3 à ̈ provvisto di due antenne di espansione o concentrazione elettromagnetica, secondo quanto divulgato nella pubblicazione brevettuale statunitense US 2009/0033467 e PCT WO 2012/084295. In questo modo il sensore IC 5 può essere alimentato e comunicare tramite il circuito magnetico 2 o tramite un’antenna 21.
Diverse forme di realizzazione esemplificative di dispositivi di rilevazione 3 del circuito di alimentazione, concatenato con il circuito magnetico 2, sono mostrate nelle figure da 21 a 30. Per semplicità di rappresentazione, si farà riferimento al caso in cui tali dispositivi sono accoppiati ad un circuito magnetico costituito dalle sbarre di acciaio di un manufatto di cemento armato, ma essi possono anche essere utilizzati in combinazione con un circuito magnetico 2 costituito da un foglio di materiale isolante 13 ricoperto di materiale magnetico o soft-magnetico, come mostrato nelle figure 17 e 18, oppure costituito da sbarre ricoperte di uno strato superficiale magnetico, come mostrato in figura 14, oppure ancora essere costituito da fili metallici, come mostrato in figura 16.
Il sensore IC 5 può essere direttamente annegato all'interno del manufatto dopo averlo montato sul circuito magnetico (figura 21), oppure essere ricoperto di un package di materiale di costruzione (figura 22) in modo da formare un blocco solido di dimensioni relativamente ridotte incorporante la circuiteria elettronica. Tale blocco solido verrà montato sul circuito magnetico prima della colata. Nelle forme di realizzazione mostrate nelle figure 21 e 22, che si sono dimostrate essere particolarmente adatte a comunicazioni a bassa frequenza, gli avvolgimenti COIL che accoppiano il sensore IC al circuito magnetico possono essere realizzati in forma discreta, ad esempio avvolgendo un filo conduttivo.
Secondo una forma di realizzazione, il sensore IC 5 può essere compreso all'interno di un blocco di materiale magnetico non conduttivo (figura 23), ad esempio di ferrite. Secondo una forma di realizzazione, il sensore IC può essere annegato in un package di materiale di costruzione 22, a sua volta compreso nel blocco di materiale magnetico. Il blocco di materiale magnetico che circonda il sensore IC 5 offrirà una bassa riluttanza al campo magnetico concatenato con gli avvolgimenti, migliorando il trasferimento di energia dal circuito magnetico 2 sepolto nel manufatto e l'avvolgimento che alimenta il sensore IC.
Il dispositivo di rilevazione 3 con il circuito di espansione o concentrazione elettromagnetica può essere realizzato su supporto flessibile e avere una forma come in figura 24, con un foro 15 interno, di dimensione idonea ad accogliere un tondino sepolto nel manufatto di materiale di costruzione, e dotato di alette 23 flessibili per fissare il dispositivo al tondino senza saldature o senza usare bulloni. Il dispositivo mostrato in figura 24 sarà installato sui tondini di acciaio prima della saldatura finale, con la quale essi saranno chiusi a formare un circuito magnetico.
Una forma di realizzazione alternativa del dispositivo di rilevazione 3 sepolto à ̈ mostrata in figura 25. In questa forma di realizzazione, il substrato del circuito di espansione o concentrazione elettromagnetica à ̈ in materiale flessibile e sagomato sostanzialmente a C in modo da definire un foro 15, di dimensioni idonee ad essere attraversato dal circuito magnetico, con una fessura 16. Il dispositivo così sagomato può essere fissato al circuito magnetico del manufatto in qualsiasi momento prima della colata di materiale edilizio, quindi non necessariamente prima che il circuito magnetico venga realizzato ad esempio saldando tra loro le sbarre di acciaio, semplicemente allargando elasticamente la fessura 16 in modo da far entrare nel foro 15 il materiale che costituisce il circuito magnetico. Il circuito di espansione elettromagnetica à ̈ definito sul substrato in modo da essere soggetto ad un flusso di un campo magnetico concatenato (figura 26) con almeno una parte del circuito magnetico 2 infilato nel foro 15.
Il circuito di espansione elettromagnetica può essere sagomato in qualsiasi modo, ad esempio come illustrato in figura 27, purché esso sia attraversato da un flusso di un campo magnetico.
Secondo forme di realizzazione alternative mostrate nelle figure 28 e 29, il circuito di espansione elettromagnetica può essere chiuso attorno una zona del substrato contenente materiale diamagnetico, eventualmente "patternato", come ad esempio il bismuto, la grafite, la grafite pirolitica. La funzione del materiale diamagnetico à ̈ quella di aumentare l’energia trasferita dal circuito magnetico 2 al dispositivo di rilevazione 3. Secondo una forma di realizzazione, il materiale diamagnetico può essere patternato in modo da ridurre le correnti di Foucault ("eddy currents").
Secondo ancora un'altra forma di realizzazione (figura 30), il substrato del circuito di espansione elettromagnetica à ̈ dotato di fori, eventualmente filettati, nei quali sono inseriti, eventualmente avvitandoli, blocchi di materiale magnetico o soft-magnetico. Tali blocchi consentono di ridurre la riluttanza magnetica incontrata dal flusso magnetico concatenato con il circuito di espansione magnetica. Questa caratteristica permette di avere flussi magnetici più intensi e quindi di migliorare l'accoppiamento magnetico con il circuito magnetico 2 sepolto nel materiale di costruzione, permettendo così di aumentare l'efficienza di trasferimento di energia al sensore IC 5 sepolto.
Tali blocchi possono essere di plastica o di polimero all'interno del quale sono disperse particelle di materiale magnetico. Ad esempio tali blocchi possono avere la forma di un vite con il suo relativo bullone.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Manufatto di materiale da costruzione avente una parte interna racchiusa da un copriferro, comprendente: un circuito magnetico, almeno parzialmente sepolto in detta parte interna del manufatto, fatto di materiale adatto a convogliare un campo magnetico variabile indotto attraverso di esso; una pluralità di dispositivi di rilevazione aventi sensori di almeno una caratteristica fisica del materiale di costruzione, ciascuno sepolto in detta parte interna e avente un circuito di alimentazione contactless adatto a fornire una tensione di alimentazione al rispettivo sensore, configurati in modo da essere magneticamente accoppiati a detto circuito magnetico e da generare per induzione una tensione di alimentazione del sensore quando il circuito magnetico à ̈ attraversato da un campo magnetico variabile.
  2. 2. Manufatto secondo la rivendicazione 1, in cui detto circuito magnetico à ̈ costituito da una pluralità di sbarre di acciaio sepolte nella parte interna del manufatto e saldate tra loro per formare un circuito magnetico chiuso.
  3. 3. Manufatto secondo la rivendicazione 2, in cui dette sbarre di acciaio costituenti detto circuito magnetico sono rivestite di uno strato esterno di materiale magnetico o soft-magnetico o di una vernice contenente particelle magnetiche disperse in essa.
  4. 4. Manufatto secondo la rivendicazione 3, in cui detto strato esterno di materiale magnetico o soft-magnetico o di vernice contenente particelle magnetiche à ̈ deposto su uno strato intermedio di materiale diamagnetico ricoprente le sbarre di acciaio.
  5. 5. Manufatto secondo la rivendicazione 1, in cui detto circuito magnetico à ̈ costituito da almeno un cavo multifilare i cui fili sono ricoperti da uno strato esterno di materiale isolante.
  6. 6. Manufatto secondo la rivendicazione 1, in cui detto circuito magnetico à ̈ costituito da un foglio di materiale isolante rivestito su almeno una sua superficie da uno strato di materiale magnetico o soft-magnetico.
  7. 7. Manufatto secondo la rivendicazione 6, in cui detto materiale isolante à ̈ scelto tra resine, materiali fibrosi, polimeri, Teflon, Kapton, PEN, PET, Polymide, Arylite, e detto strato di materiale magnetico o soft-magnetico ha uno spessore compreso tra 100nm e 1mm.
  8. 8. Manufatto secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detto circuito magnetico à ̈ realizzato arrotolando il foglio di materiale isolante su se stesso con la superficie ricoperta dallo strato di materiale magnetico o soft-magnetico rivolta verso l'interno o verso l’esterno.
  9. 9. Manufatto secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, comprendente inoltre una bobina avvolta su detto circuito magnetico, avente terminali elettrici di alimentazione che fuoriescono dal manufatto e adatti ad essere connessi ad un sistema idoneo a forzare una corrente attraverso detta bobina.
  10. 10. Manufatto secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detto circuito di alimentazione contactless à ̈ un'antenna oppure un circuito risonante magneticamente accoppiato al circuito magnetico.
  11. 11. Manufatto secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui detti dispositivi di rilevazione sono realizzati su un substrato flessibile sagomato a C in modo da definire un foro nel substrato e una fessura, idoneo ad essere agganciato su detto circuito magnetico allargando elasticamente la fessura e infilando in detto foro il materiale che costituisce il circuito magnetico.
  12. 12. Manufatto secondo la rivendicazione 11, in cui detti dispositivi di rilevazione hanno blocchi di materiale magnetico o soft-magnetico avvitati in corrispondenti fori filettati praticati nei rispettivi substrati.
  13. 13. Manufatto secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui detti dispositivi di rilevazione sono realizzati su un substrato rigido avente un foro in cui infilare il materiale che costituisce il circuito magnetico.
  14. 14. Manufatto secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale magnetico o soft-magnetico à ̈ scelto nell'insieme comprendente cobalto, nickel, ferro e loro leghe.
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