ITRM20130306A1 - Sistema e metodo di monitoraggio dello stato di conservazione di una massa di derrate alimentari - Google Patents

Description

“Sistema e metodo di monitoraggio dello stato di conservazione di una massa di derrate alimentari”

DESCRIZIONE

[0001] La presente descrizione si riferisce al settore tecnico del monitoraggio dello stato di conservazione di derrate alimentari e riguarda in particolare un sistema ed un metodo di monitoraggio dello stato di conservazione di una massa di derrate alimentari, quali granaglie, prodotti alimentari in semi o grani e simili.

[0002] I sistemi dell’arte nota per il monitoraggio delle alterazioni biotiche (in particolar modo da funghi) di depositi di derrate alimentari, ad esempio di granaglie o grano, si basano sull’utilizzo di sensori di temperatura (e raramente di umidità) posizionati su corde calate all’interno dei silos e posti a distanze fisse.

[0003] Si è rilevato che, tuttavia, un sensore di temperatura consente di rilevare solo tardivamente la fermentazione delle derrate (perché queste ad esempio nel caso del grano costituiscono un eccellente isolante termico), pertanto occorre che trascorrano giorni se non settimane prima che il più vicino sensore di temperatura riesca a rilevare l’hot spot, cioè il punto in cui si innesca la fermentazione. Inoltre, l’incremento di temperatura di un deposito di derrate è l’ultimo fenomeno fisico che segue alla contaminazione fungina delle derrate.

[0004] L’umidità invece è un parametro ambientale dal quale si può ricavare all’equilibrio l’attività dell’acqua (water activity), che rappresenta il parametro più indicato in letteratura scientifica, alle cui soglie si fa riferimento per capire quali tipi di funghi si possono sviluppare in date condizioni ambientali. Sebbene importante dal punto di vista scientifico, l’Equilibrium Moisture Content (EMC) per masse di derrate elevate (quintali o tonnellate) si raggiunge solamente dopo lunghi tempi di attesa in condizioni ambientali costanti (difficilmente mantenibili nelle condizioni reali).

[0005] Uno scopo generale della presente descrizione è quello di mettere a disposizione un sistema di monitoraggio di parametri ambientali che consenta di rilevare efficacemente e tempestivamente l’inizio del deterioramento di una massa di derrate alimentari quali granaglie, prodotti alimentari in semi o grani e simili.

[0006] Questo ed altri scopi vengono conseguiti mediante un sistema di monitoraggio dello stato di conservazione di una massa di derrate alimentari come definito nella rivendicazione 1 nella sua forma più generale e nelle rivendicazioni da questa dipendenti in alcune sue forme di esecuzione particolari.

[0007] L’invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di esecuzione, fatta a titolo esemplificativo e pertanto in nessun modo limitativo in relazione agli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 mostra una vista schematica di una forma di realizzazione di un sistema di monitoraggio dello stato di conservazione di una massa di derrate alimentari, in cui la massa di derrate è a titolo di esempio contenuta all’interno di un silo; e

- la figura 2 mostra una vista schematica in sezione laterale di un sensore del sistema di monitoraggio di figura 1.

[0008] Nelle annesse figure elementi uguali o simili saranno indicati mediante gli stessi riferimenti numerici.

[0009] In figura 1 è mostrato un sistema 10, 30 per monitorare lo stato di conservazione di una massa di derrate alimentari 1. Le derrate alimentari possono ad esempio e non limitativamente includere granaglie, prodotti alimentari in semi o grani e simili quali per esempio: cereali (frumento, riso, orzo, avena etc.) sorgo, mais, legumi, frutta secca. D’ora in poi per semplicità, e senza per questo introdurre alcuna limitazione, si farà riferimento al caso in cui la massa di derrate alimentari sia una massa di granaglie alimentari, ad esempio una massa di frumento. Detta massa di granaglie alimentari 1 può essere ospitata all’interno di un contenitore di stoccaggio 2 destinato ad una installazione fissa, quale ad esempio un silo, o all’interno di un container di trasporto della massa di granaglie. Nel particolare esempio rappresentato, la massa di granaglie alimentari 1 è ospitata all’interno di un contenitore di stoccaggio chiuso ed in particolare all’interno di un silo 2. Detto silo è munito di una parete di fondo 3, una o più pareti laterali 4 ed un parete superiore 5 che nel loro insieme definiscono un ambiente di stoccaggio 6 della massa di granaglie alimentari 1. In figura 1, la linea indicata con il riferimento 7 rappresenta il livello raggiunto dalla massa di granaglie alimentari 1 all’interno dell’ambiente di stoccaggio 6.

[0010] Il sistema di monitoraggio 10, 30 è operativamente associato al contenitore 2 al fine di consentire il monitoraggio, in locale e/o in remoto, dello stato di conservazione della massa di granaglie alimentari 1.

[0011] Il sistema di monitoraggio 10, 30 comprende almeno un sensore 10 sepolto, o destinato ad essere sepolto, all’interno della massa di granaglie alimentari 1. Il sistema di monitoraggio 10, 30 comprende inoltre un dispositivo di raccolta dati 30, disposto all’esterno del sensore 10 e a distanza da questo, adatto ad interfacciarsi operativamente con il sensore 10.

[0012] Il sensore 10, mostrato in figura 2, comprende un corpo di contenimento 14,15 ed un circuito elettronico 11-13, 20-24 ospitato all’interno 18 del corpo di contenimento 14,15 e, ad esempio, realizzato almeno in parte su una scheda a circuito stampato 20.

[0013] In accordo ad una forma di realizzazione, il sensore 10 è dotato di una sorgente di alimentazione 24 del circuito elettronico, ad esempio di almeno una batteria, preferibilmente una batteria al litio.

[0014] In accordo ad una forma di realizzazione, il corpo di contenimento 14, 15 è un corpo di forma sferica, o rotondeggiante o di forma ovale o ellissoidale, comprendente due semi-gusci 14, 15 accoppiati fra loro in modo sigillato. Le pareti del corpo di contenimento 14, 15 sono preferibilmente realizzate in materiale elettricamente isolante, ad esempio in plastica. In accordo ad una forma di realizzazione, la parte interna del corpo di contenimento non occupata dal circuito elettrico o da altri componenti elettrici o elettronici del sensore, quali ad esempio la batteria o le batterie, è riempita con una resina che ingloba il circuito elettronico e gli altri componenti in modo da conferire una certa rigidezza e robustezza al sensore 10, affinché questo possa resistere strutturalmente alle sollecitazioni causate dal peso della massa di granaglie 1. In accordo ad una forma di realizzazione, la suddetta resina è una resina poliuretanica, preferibilmente a base di polioli alifatici contenente carica mineraria inerte. Preferibilmente, detta resina ha una costante dielettrica prossima alla costante dielettrica delle granaglie alimentari. Ad esempio nel caso del grano, che ha costante dielettrica pari a circa 3,5 la costante dielettrica della resina è compresa nell’intervallo 3,0-4,0 estremi inclusi.

[0015] Il circuito elettronico comprende un rilevatore di CO2 11, un’unità elettronica di controllo ed acquisizione dati 21 ed un’interfaccia wireless di comunicazione 22,23.

[0016] L’interfaccia wireless di comunicazione 22,23 consente al sensore 10 di comunicare con il dispositivo di raccolta dati 30. Preferibilmente, l’interfaccia wireless di comunicazione 22,23 è adatta sia a ricevere sia a trasmettere dati, cioè consente uno scambio bidirezionale di dati fra il sensore 10 ed il dispositivo di raccolta dati 30.

[0017] In accordo ad una forma di realizzazione, l’interfaccia wireless di comunicazione 22,23 è tale da trasmettere e/o ricevere segnali radio aventi uno spettro in frequenza con banda contenuta entro 500 MHz. In accordo ad una forma di realizzazione, l’interfaccia wireless di comunicazione 22,23 è tale da trasmettere e/o ricevere segnali con modulazione FSK (Frequency Shift Keying), ad esempio segnali con modulazione GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), ad esempio aventi una frequenza centrale pari a circa 433 MHz ed una larghezza di banda pari a circa 100 kHz. La suddetta modulazione di frequenza FSK o GFSK in combinazione con uno spettro in frequenza con banda contenuta entro 500 MHz si è rilevata particolarmente efficace per la trasmissione wireless di segnali a radiofrequenza attraverso le granaglie. Tale ambiente risulta particolarmente ostile alla trasmissione radio di segnali elettromagnetici a causa della forte attenuazione introdotta dalle granaglie alla propagazione via radio dei segnali elettromagnetici.

[0018] In accordo ad una forma di realizzazione, l’interfaccia wireless di comunicazione 22,23 comprende una antenna 23 ospitata all’interno del corpo di contenimento 14, 15 del sensore 10, ad esempio una antenna ad elica 23. Ad esempio, l’antenna ad elica 23 ha una porzione di estremità fissata alla scheda a circuito stampato 20 che ospita almeno in parte il circuito elettronico del sensore 10. Preferibilmente detta antenna è progettata in base alla lunghezza d’onda che caratterizza la propagazione del segnale a radiofrequenza all’interno delle granaglie. Ad esempio tale antenna è un monopolo di lunghezza pari a λ/2 in cui λ è la lunghezza d’onda che caratterizza la propagazione del segnale a radiofrequenza all’interno delle granaglie.

[0019] Nel sensore 10, tramite il rilevatore di CO2 11, l’unità elettronica di controllo ed acquisizione dati 21 è in grado di acquisire dati correlati alla presenza ed alla concentrazione di CO2 all’interno del silo 2 ed in particolare nel raggio di azione del rilevatore di CO211 all’interno della massa di granaglie 1. In accordo ad una forma di realizzazione, il rilevatore di CO2 11 è un rilevatore NDIR (Non-Dispersive Infra Red) operativamente connesso al circuito elettronico ed in particolare all’unità elettronica di controllo ed acquisizione dati 21. In accordo ad una forma di realizzazione alternativa, il rilevatore di CO2 11 è un rilevatore MEMS (Micro Electrical Mechanical Systems) operativamente connesso al circuito elettronico ed in particolare all’unità elettronica di controllo ed acquisizione dati 21.

[0020] In accordo ad una forma di realizzazione, il sensore 10 include inoltre un rilevatore di temperatura 12 e/o un rilevatore di umidità 13 operativamente connessi all’unità di controllo ed acquisizione dati 21. Tramite il rilevatore di temperatura 12 e/o il rilevatore di umidità 13, l’unità elettronica di controllo ed acquisizione dati 21 è atta ad acquisire dati correlati alla temperatura e/o all’umidità all’interno del silo 2 ed in particolare nel raggio di azione del rilevatore di temperatura e/o del rilevatore di umidità all’interno della massa di derrate 1. In ulteriori forme di realizzazione è possibile prevedere rilevatori aggiuntivi e differenti rispetto a quelli sopra descritti.

[0021] In accordo ad una forma di realizzazione il rilevatore di CO2 11, comprende una porzione che è in comunicazione con l’esterno del corpo di contenimento 14, 15 del sensore 10, comprendendo ad esempio una testa di rilevazione affacciata rispetto ad una apertura passante prevista nelle pareti del corpo di contenimento 14, 15 disposta arretrata rispetto all’apertura o a filo rispetto all’apertura o sporgente rispetto all’apertura verso l’esterno del corpo di contenimento 14, 15. Lo stesso dicasi, se ciò si rende necessario, per il rilevatore di temperatura 12 e/o il rilevatore di umidità 13, se presenti.

[0022] In accordo ad una forma di realizzazione, il sensore 10 è tale da acquisire periodicamente dati correlati alla presenza ed alla concentrazione di CO2 all’interno del silo 2 ed a trasmettere tali dati all’unità di raccolta dati 30 attraverso l’interfaccia wireless di comunicazione 22, 23. In particolare, l’unità di controllo ed acquisizione 21 è tale da controllare la cadenza temporale di acquisizione, ad esempio risvegliandosi periodicamente per uscire da uno stato di basso consumo (o power down) al fine di effettuare l’acquisizione tramite il rilevatore di CO2 11, ad esempio quotidianamente o due o tre volte nel corso di una giornata. Nel caso in cui nel sensore 10 siano previsti più rilevatori 11-13, è possibile prevedere che l’unità di controllo ed acquisizione 21 sia tale da raccogliere differenti dati tramite rispettivi rilevatori ed ad impacchettare tali dati in un messaggio tramesso all’unità di raccolta dati 30 tramite l’interfaccia di comunicazione wireless 22,23. Ad esempio nel caso in cui sia previsto sia un rilevatore di Co2 11, sia un rilevatore di temperatura 12 sia un rilevatore di umidità 13 è possibile prevedere che i dati acquisiti da detti tre rilevatori 11-13 siano impacchettati come una tripletta in un messaggio destinato ad essere trasmesso dal sensore 10 al dispositivo di raccolta dati 30. Chiaramente all’interno del messaggio possono essere anche trasportati dati aggiuntivi, quali ad esempio un dato identificativo del sensore 10.

[0023] In accordo ad una forma di realizzazione, a fronte della ricezione di un messaggio inviato dal sensore 10, il dispositivo di raccolta dati 30 è configurato per trasmettere al sensore 10 un segnale di risposta di avvenuta ricezione. E’ possibile prevedere che l’unità di controllo ed acquisizione dati 21 del sensore 10, a seguito della ricezione del segnale di risposta, sia tale da portarsi nello stato di basso consumo o di effettuare almeno una ritrasmissione del messaggio al dispositivo di raccolta dati 30 in caso di mancata ricezione del segnale di risposta entro un intervallo di tempo prestabilito.

[0024] In accordo ad una forma di realizzazione, il dispositivo di raccolta dati 30 è munito di una prima interfaccia di comunicazione wireless, per comunicare con il sensore 10, e di una seconda interfaccia di comunicazione, wireless o cablata, per trasmettere ad un centro di controllo i dati raccolti o delle segnalazioni di regolarità della conservazione o di allarme di deterioramento della massa di derrate 1. La seconda interfaccia di comunicazione è ad esempio una interfaccia GPRS o UMTS.

[0025] In accordo ad una possibile forma di realizzazione, il sistema di monitoraggio 10, 30 comprende un solo sensore 10 sepolto nella massa di granaglie alimentari 1 depositata nel contenitore 2 di stoccaggio o di trasporto. In tale forma di realizzazione il sensore 10 è preferibilmente posto sulla parete di fondo 3 del contenitore 2 o in prossimità di questa. Si è infatti rilevato sperimentalmente che nel fondo del contenitore 2 la concentrazione di CO2 assume un valore più elevato rispetto alle restanti porzioni del contenitore 2.

[0026] In accordo ad un ulteriore forma di realizzazione, il sistema di monitoraggio 10, 30 comprende una pluralità di sensori, ad esempio una schiera di sensori 10 che sono adatti ad interfacciarsi con una stessa unità di raccolta dati 30. E’ possibile prevedere che detti sensori 10 siano tali da trasmettere spontaneamente ed in modo asincrono fra loro i messaggi al dispositivo di raccolta dati 30. E’ possibile inoltre prevedere che detti messaggi contengano un dato identificativo dei sensori 10 e che l’unità di raccolta dati 30 sia tale da confermare la ricezione di un messaggio, inviando indietro un segnale di conferma di avvenuta ricezione che reca il suddetto dato identificativo. I sensori 10 possono essere configurati in modo da ritrasmettere il messaggio dopo un tempo casuale in caso di mancata ricezione del segnale di conferma di avvenuta ricezione proveniente dell’unità di raccolta dati 30, implementando in tal modo una rete di sensori comunicante con l’unità di raccolta dati 30 con un protocollo di comunicazione asincrono ed a basso consumo, di modo che i sensori 10 con la loro sorgente di alimentazione interna 24 siano tali da avere una autonomia di funzionamento compatibile con i tempi massimi di stoccaggio imposti da normative specifiche del settore. Ad esempio nel caso del grano tali tempi massimi generalmente non eccedono i 6 o 12 mesi.

[0027] In accordo ad una forma di realizzazione, la schiera di sensori comprende sensori 10 distribuiti casualmente all’interno della massa di granaglie alimentari 1. In una forma di realizzazione alternativa, la schiera di sensori comprende sensori 10 disposti in posizione prefissate all’interno della massa di granaglie alimentari 1. Nel caso in cui la posizione dei sensori 10 sia prefissata è possibile vantaggiosamente riuscire a stimare la posizione dell’hot spot all’interno della massa di granaglie 1 attraverso i dati forniti dai sensori 10.

[0028] Nel caso in cui la posizione dei sensori 10 non sia nota, è possibile prevedere che l’unità di raccolta dati 30 stimi la posizione dei sensori 10 ad esempio attraverso misure sulla potenza dei segnali ricevuti. Affinché tale stima sia più accurata, è possibile prevedere nel sistema di monitoraggio 10, 30 più unità di raccolta dati 30 disposte in posizioni spaziali differenti ed effettuare una stima della posizione dei sensori 10 tramite tecniche di triangolazione a partire dai segnali ricevuti da dette unità di raccolta dati 30 e trasmessi da detti sensori 10.

[0029] Si osservi che la descrizione sopra fatta per il sistema di monitoraggio 10, 30 corrisponde anche alla descrizione di un metodo di monitoraggio dello stato di conservazione di una massa di derrate alimentari 1 quali granaglie, prodotti alimentari in semi o grani e simili, contenuta all’interno di un contenitore 2 di trasposto o di stoccaggio, comprendente le fasi di:

- seppellire un sensore 10 del tipo sopra descritto all’interno di una massa di derrate 1, quali granaglie, prodotti alimentari in semi o grani e simili;

- disporre un dispositivo di raccolta dati 30 all’esterno del sensore e a distanza da questo, affinché questo possa interfacciarsi operativamente con il sensore 10;

- acquisire periodicamente tramite detto sensore 10 dati correlati alla presenza e alla concentrazione di CO2 all’interno del contenitore 2 di trasporto o di stoccaggio;

- trasmettere detti dati acquisiti all’unità di raccolta dati 30 attraverso l’interfaccia wireless di comunicazione del sensore 10.

[0030] Ulteriori caratteristiche e dettagli del metodo di monitoraggio sono direttamente desumibili dalla descrizione sopra fatta per il sistema di monitoraggio.

[0031] In base a quanto sopra descritto è possibile dunque comprendere come un sistema di monitoraggio dello stato di conservazione di una massa di derrate del tipo sopra descritto consenta di conseguire pienamente gli scopi sopra citati con riferimento allo stato della tecnica nota.

[0032] Fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di monitoraggio (10, 30) dello stato di conservazione di una massa di derrate alimentari (1) quali granaglie, prodotti alimentari in semi o grani e simili, ospitata in un contenitore (2) di trasporto o di stoccaggio, comprendente: - almeno un sensore (10) sepolto, o destinato ad essere sepolto, all’interno della massa di derrate (1) e comprendente un corpo di contenimento (14,15) ed un circuito elettronico (11-13, 20-24) ospitato all’interno del corpo di contenimento (14,15), il circuito elettronico comprendendo un rilevatore di CO2 (11), un’unità elettronica di controllo ed acquisizione dati (21) ed una interfaccia wireless di comunicazione (22,23); - almeno un dispositivo di raccolta dati (30) disposto all’esterno del sensore (30) e a distanza da questo, adatto ad interfacciarsi operativamente con il sensore (30); in cui detto sensore (30) è atto a: - acquisire periodicamente dati correlati alla presenza e alla concentrazione di CO2 all’interno del contenitore (2) di trasporto o di stoccaggio; - trasmettere detti dati acquisiti all’unità di raccolta dati (30) attraverso l’interfaccia wireless di comunicazione (22,23).
2. 2. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo la rivendicazione 1, in cui l’interfaccia wireless di comunicazione (22,23) è tale da trasmettere e/o ricevere segnali radio aventi uno spettro in frequenza con banda contenuta entro 500 MHz.
3. 3. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui l’interfaccia wireless di comunicazione (22,23) è tale da trasmettere e/o ricevere segnali con modulazione FSK (Frequency Shift Keying).
4. 4. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo la rivendicazione 3, in cui l’interfaccia wireless di comunicazione (22,23) è tale da trasmettere e/o ricevere segnali con modulazione GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying).
5. 5. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo le rivendicazioni 3 o 4, in cui detti segnali hanno una frequenza centrale pari a circa 433 MHz ed una larghezza di banda pari a circa 100 kHz.
6. 6. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’interfaccia wireless (22,23) di comunicazione comprende una antenna ad elica (23) ospitata all’interno del corpo di contenimento.
7. 7. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il sensore (10) è tale da acquisire periodicamente dati correlati alla presenza ed alla concentrazione di CO2 all’interno del contenitore (2) ed a trasmettere tali dati all’unità di raccolta dati (30) attraverso l’interfaccia wireless di comunicazione (22,23), l’unità di controllo ed acquisizione dati (21) essendo tale da controllare la cadenza temporale di acquisizione risvegliandosi periodicamente per uscire da uno stato di basso consumo al fine di effettuare l’acquisizione tramite il rilevatore di CO2 (11).
8. 8. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il dispositivo di raccolta dati (30) è munito di una prima interfaccia di comunicazione wireless, per comunicare con il sensore (10), e di una seconda interfaccia di comunicazione, wireless o cablata, per trasmettere ad un centro di controllo i dati raccolti o delle segnalazioni di regolarità della conservazione o di allarme di deterioramento della massa di derrate (1).
9. 9. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo la rivendicazione 8, in cui la seconda interfaccia di comunicazione è una interfaccia GPRS o UMTS.
10. 10. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il sensore include inoltre un rilevatore di temperatura (12) e/o un rilevatore di umidità (13) operativamente connessi all’unità di controllo ed acquisizione dati (21).
11. 11. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto contenitore (2) comprende una parete di fondo (3) ed in cui detto sensore (10) è disposto su o in prossimità di detta parete di fondo (3).
12. 12. Sistema di monitoraggio (10,30) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto almeno un sensore (10) comprende una schiera di sensori adatta ad interfacciarsi operativamente con detta unità di raccolta dati (30) .
13. 13. Metodo di monitoraggio dello stato di conservazione di una massa di derrate alimentari (1) quali granaglie, prodotti alimentari in semi o grani e simili, contenuta all’interno di un contenitore (2) di trasporto o di stoccaggio, comprendente le fasi di: - seppellire un sensore (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni all’interno della massa di derrate (1); - disporre un dispositivo di raccolta dati (30) all’esterno del sensore e a distanza da questo, affinché questo possa interfacciarsi operativamente con il sensore (10); - acquisire periodicamente tramite detto sensore (10) dati correlati alla presenza e alla concentrazione di CO2 all’interno del contenitore (2) di trasporto o di stoccaggio; - trasmettere i dati acquisiti dal sensore (10) all’unità di raccolta dati (30) attraverso l’interfaccia wireless di comunicazione (22,23).