ITRN20130008A1 - Apparecchiatura e metodo di misura dinamica di parametri su un corpo sottoposto a torsione. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“APPARECCHIATURA E METODO DI MISURA DINAMICA DI

PARAMETRI SU UN CORPO SOTTOPOSTO A TORSIONEâ€

La presente invenzione ha per oggetto un’apparecchiatura ed un metodo di misura dinamica di parametri su un corpo sottoposto a torsione, preferibilmente un albero rotante.

La presente invenzione trova particolare applicazione nel settore del controllo industriale, più precisamente nel monitoraggio real time delle condizioni di un albero rotante in applicazioni industriali.

Infatti, nell’applicazione descritta nel seguito si fa particolare riferimento, senza per questo perdere in generalità, alla misurazione degli sforzi (di torsione) su un albero rotante attorno ad un proprio asse.

Nella tecnica nota sono conosciute apparecchiature di misura applicabili su alberi rotanti per misurare gli sforzi a cui sono sottoposti durante la rotazione, potendo così valutarne le condizioni interrompendone l’utilizzo prima di un’eventuale rottura.

La principale criticità che hanno incontrato i tecnici del settore riguarda, ad oggi, la necessità di alimentare il gruppo di misura montato sull’albero rotante in modo che si mantenga funzionante ed affidabile durante la rotazione.

Per ovviare a tale problema, sono stati introdotti sistemi di misura che, “lato albero†, sono dotati di batterie o contatti rotanti, i quali però sono da un lato poco affidabili e di vita limitata e dall’altro molto costosi e di facile usura.

Una soluzione interessante à ̈ nota dal documento US2005017602, in cui viene descritto l’utilizzo della rotazione stessa dell’albero per la creazione di un campo magnetico induttivo che alimenti il gruppo di misura montato sull’albero stesso.

In questo caso, se la velocità di rotazione si attesta su valori molto bassi (ad esempio pochi giri al minuto) la quantità di energia trasmessa si riduce proporzionalmente fino a raggiungere, in condizioni quasi statiche, valori trascurabili non in grado di alimentare una elettronica di condizionamento dei segnali e trasmissione.

Svantaggiosamente, tuttavia, tutte le soluzioni sopramenzionate prevedono l’utilizzo di appositi mezzi di trasmissione dei dati, ovvero di un trasmettitore montato “lato albero†operativamente accoppiato ad un ricevitore per la trasmissione dei dati rilevati dai sensori presenti sull’albero.

La presenza di tali organi contribuisce chiaramente a complicare la struttura dell’apparecchiatura, necessitando di un’alimentazione che sia in grado di supportare il trasmettitore, nonché di un ricevitore montato nella parte “fissa†dell’apparecchiatura appositamente in grado di dialogare con il suddetto trasmettitore “wireless†, come ad esempio un trasmettitore radio.

Scopo della presente invenzione à ̈ mettere a disposizione un’apparecchiatura ed un metodo di misura dinamica di parametri su un corpo girevole in grado di superare gli inconvenienti della tecnica nota sopracitati.

In particolare, à ̈ scopo della presente invenzione mettere a disposizione un’apparecchiatura ed un metodo di misura dinamica di parametri su un corpo sottoposto a torsione di semplice realizzazione ed altamente performante.

Tale scopo à ̈ raggiunto dall’apparecchiatura ed un metodo di misura dinamica di parametri su un corpo sottoposto a torsione presentante le caratteristiche di una o più delle successive rivendicazioni, ed in particolare comprendente un gruppo di alimentazione associabile ad un telaio (o comunque fisso rispetto al corpo) e provvisto di una prima bobina, disposta coassialmente a detto corpo, una prima unità di elaborazione provvista di un modulo di generazione associato a detta prima bobina e configurata per generare un segnale di pilotaggio ed inviarlo a detta prima bobina in modo da generare un campo elettromagnetico.

L’apparecchiatura comprende inoltre un gruppo mobile, ovvero un gruppo di misura (almeno in parte) fissabile a detto corpo e provvisto di una seconda bobina, avvolta su detto corpo in modo da poter ruotare con esso, disposta in modo da essere alimentabile da detta prima bobina per induzione elettromagnetica, una seconda unità di elaborazione collegata alla seconda bobina per ricevere l’energia indotta in detta seconda bobina dal gruppo di alimentazione ed un sensore di rilevamento di almeno un parametro di misura, fissabile al corpo, collegato alla seconda unità di elaborazione e configurato per inviare a detta seconda unità di elaborazione un segnale rappresentativo di detto almeno un parametro di misura rilevato.

Secondo l’invenzione il gruppo di misura comprende inoltre un modulo di accumulo dell’energia associato a detta seconda bobina, predisposto per ricevere l’energia indotta dalla prima bobina e collegato a detta seconda unità di elaborazione e mezzi di rilevamento della trasmissione di energia dalla prima alla seconda bobina associati a detta seconda unità di elaborazione per inviarle un segnale rappresentativo di un’interruzione nella trasmissione di energia da detta prima a detta seconda bobina; la seconda unità di elaborazione à ̈ configurata per inviare alla seconda bobina un segnale di misura correlato a detto segnale rappresentativo di detto almeno un parametro di misura rilevato, in risposta ad una ricezione, da parte dei mezzi di rilevamento, di detto segnale rappresentativo di un’interruzione nella trasmissione di energia dalla prima alla seconda bobina, al fine di trasmettere il segnale di misura al gruppo di alimentazione attraverso un’induzione elettromagnetica dalla seconda bobina alla prima bobina.

Vantaggiosamente, in tal modo à ̈ possibile ottenere una precisa misurazione del parametro sul corpo, preferibilmente degli sforzi sull’albero durante la sua rotazione, senza la necessità di implementare un sistema di comunicazione wireless, semplicemente sfruttando il principio dell’induzione magnetica.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un’apparecchiatura ed un metodo di misura dinamica di almeno un parametro su un corpo sottoposto a torsione, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 illustra una vista prospettiva schematica dell’apparecchiatura di misura oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 mostra una vista schematica di un particolare F dell’apparecchiatura di figura 1;

- la figura 3 mostra una vista schematica di un particolare M dell’apparecchiatura di figura 1.

Con riferimento alle allegate figure, con il numero 1 à ̈ indicata un’apparecchiatura di misura dinamica di almeno un parametro su un corpo 100 sottoposto a torsione e preferibilmente girevole rispetto ad un telaio 101, secondo la presente invenzione.

Si noti che, preferibilmente, il corpo 100 à ̈ girevole attorno ad un proprio asse, o comunque sottoposto ad un’azione di torsione attorno a tale asse. In particolare, nel seguito si farà esplicito riferimento alla misurazione di parametri su un albero rotante 100, senza per questo perdere in generalità.

In particolare, nel seguito ci si riferirà ad un albero rotante, con il solo intento di esemplificare un corpo sottopoto a torsione, in quanto l’apparecchiatura 1 secondo la presente invenzione à ̈ pensata per misurare i parametri, ed in particolare lo sforzo di torsione, anche in assenza di una libera rotazione.

Inoltre, si sottolinea che nel seguito il parametro di misura rilevato verrà considerato essere lo sforzo (o sforzi) di torsione sull’albero durante la sua rotazione; si fa presente che anche altri parametri potrebbero essere misurati e trasmessi mediante l’apparecchiatura secondo la presente invenzione.

Tale apparecchiatura 1 si suddivide principalmente in due gruppi, un gruppo di misura 2, o gruppo mobile almeno in parte fissabile rigidamente all’albero 100 e rotante con esso, ed un gruppo di alimentazione 3, o gruppo fisso, il quale sostanzialmente provvede all’alimentazione del gruppo di misura 2, alla ricezione dei dati di misura e, preferibilmente, al trasferimento degli stessi ad un sistema di controllo dell’impianto in cui l’albero 100 à ̈ funzionante.

Più precisamente, il gruppo di alimentazione 3 ed il gruppo di misura 2 comprendono rispettivamente una prima 4 ed una seconda bobina 5 sviluppantisi tra rispettive prime 4a, 5a e seconde estremità 4b, 5b.

La seconda bobina 5 à ̈, in uso, avvolta sull’albero 100 e girevole con esso. La prima bobina 4 à ̈ disposta coassialmente alla seconda bobina 5, in modo che la seconda bobina 5 stessa sia girevole rispetto ad essa.

Tali bobine 4, 5 possono essere costituite da una o più spire, il cui numero preciso à ̈ definibile in sede progettuale in funzione dell’intensità di un campo magnetico che si vuole ottenere (come verrà chiarito nel seguito). Preferibilmente, ciascuna bobina 4, 5 à ̈ associata a (ovvero avvolta su) un rispettivo supporto 18, 19, preferibilmente di forma anulare.

Il supporto 18 della prima bobina 4 à ̈ disposto attorno all’albero 100, notabilmente svincolato da esso; il supporto 19 della seconda bobina 5 à ̈ invece disposto attorno all’albero 100, calettato sullo stesso.

Tali supporti 18, 19 sono realizzati in materiale non ferromagnetico al fine di non interferire con il campo magnetico generato dalle rispettive bobine 4, 5. Preferibilmente, i supporti sono realizzati in plastica, ABS Nylon oppure con apposite resine.

Nella forma realizzativa illustrata, la prima bobina 4 à ̈ coassiale ed affacciata alla seconda bobina 5, preferibilmente collocata ad una distanza da essa compresa tra 1 e 50mm (più preferibilmente pari a circa 10 mm). Si noti che tale distanza deve essere tale da consentire l’induzione elettromagnetica dalla prima 4 alla seconda bobina 5 e viceversa.

Alternativamente, in applicazioni dal limitato sviluppo assiale dell’albero 100, la prima 4 e la seconda bobina 5 potrebbero essere tra loro concentriche.

Tra le due estremità 5a, 5b della seconda bobina 5 si sviluppa il gruppo di misura 2, montato a bordo dell’albero 100, alimentabile per induzione magnetica dalla prima bobina 4, attraverso la quale scorre una corrente generata dal gruppo di alimentazione 3.

Più precisamente, il gruppo di alimentazione 3, associabile al telaio 101 e comunque fisso rispetto alla rotazione dell’albero 100, à ̈ provvisto di una prima unità di elaborazione 6 associata alla (prima estremità 4a della) prima bobina 4 e provvista di un modulo di generazione 6a configurato per generare un segnale di pilotaggio S1 ed inviarlo alla prima bobina 4 (in particolare alla prima estremità 4a) in modo da alimentare la seconda bobina 5 per induzione elettromagnetica.

Preferibilmente, inoltre, il gruppo di alimentazione 3 à ̈ provvisto di un modulo amplificatore 7 associato al modulo di generazione 6a della prima unità di elaborazione 6 e configurato per incrementare la potenza del segnale di pilotaggio S1 fino ad un prefissato valore di trasmissione, al fine di consentire il trasferimento induttivo di detto segnale S1 alla seconda bobina 5 da parte della prima bobina 4.

Più precisamente, il modulo amplificatore 7 à ̈ un driver configurato per amplificare la tensione e la corrente fornite dalla prima unità di elaborazione 6 a rispettivi valori adatti a pilotare le bobine 4, 5.

Nella forma realizzativa preferita, tali valori sono compresi tra 11 e 13 VDC per la tensione e tra 0,4 e 0,6 A per la corrente, preferibilmente 12VDC per la tensione e 0,5 A per la corrente, in modo da definire una potenza di trasmissione del segnale compresa tra 4,4 e 7,8 W, preferibilmente 6 W. Anche il gruppo di misura 2 comprende una propria unità di elaborazione, definita nel seguito seconda unità di elaborazione 8, collegata alla seconda bobina 5 per ricevere l’energia indotta nella stessa seconda bobina dal gruppo di alimentazione 3.

Il gruppo di misura 2 comprende inoltre un sensore 9 di rilevamento degli sforzi, fissabile all’albero 100, collegato alla seconda unità di elaborazione 8 e configurato per inviarle un segnale S2 rappresentativo degli sforzi rilevati.

Preferibilmente, il sensore 9 à ̈ di tipo analogico. Più precisamente, il sensore 9 comprende almeno un estensimetro 10 fissato all’albero 100, preferibilmente sulla sua periferia.

Inoltre, il sensore 9 comprende almeno un ponte di Wheatstone 11 comprendente una pluralità di resistenze 11a (definite dagli estensimetri 10).

Preferibilmente, il sensore 9 comprende almeno una coppia di estensimetri 10 (ciascuno costituente una resistenza 11a del ponte di Wheatstone 11), definendo così un ponte a configurazione 1⁄2.

Nella forma realizzativa preferita, tuttavia, il sensore 9 à ̈ provvisto di quattro estensimetri 10 (ciascuno costituente una resistenza 11a del ponte di Wheatstone 11), definendo così un ponte a configurazione intera.

Ciascun estensimetro 10 à ̈ definito da una placca isolante su cui à ̈ realizzata una resistenza mediante il deposito di materiale conduttivo (di spessore infinitesimale).

Tali estensimetri 10 sono fissati all’albero 100 mediante incollaggio (attraverso l’utilizzo di resine speciali), oppure in casi particolari possono essere integrati nell’albero 100.

In uso, quando l’estensimetro 10 à ̈ sottoposto ad uno sforzo meccanico che induce un allungamento o una contrazione della placca, il ponte si sbilancia e nei due punti di misura produce una tensione si sbilanciamento (di alcuni millivolt, preferibilmente circa 5mV di fondo scala, più preferibilmente con alimentazione a 5V).

Preferibilmente, le resistenze 11a del ponte di Wheatstone 11 presentano una resistenza elettrica compresa tra 350/700 e 5000 Ohm, più preferibilmente tra 800 e 1200 Ohm, in particolare 1000 Ohm.

Alla luce della presenza di un sensore 9 analogico, il gruppo di misura 2 comprende inoltre un convertitore analogico-digitale, in seguito convertitore A/D 12.

Tale convertitore A/D 12 à ̈ configurato per eseguire da un minimo di 5 alle 15 conversioni al secondo, preferibilmente 10. Vantaggiosamente, in tal modo à ̈ possibile introdurre filtri a 50-60 Hz eliminando il rumore generato dai campi magnetici alla frequenza di rete dal succitato segnale S2 rappresentativo degli sforzi rilevati, incrementando così l’accuratezza della misura, rinunciando ai filtri a 50/60 Hz il campionamento può raggiungere le centinai o migliaia di campionamenti al secondo permettendo la misura di coppie di torsione o altre grandezze fisiche che variano velocemente nel tempo.

Alternativamente, come specificato in precedenza, il sensore potrebbe essere di diverso tipo per consentire il rilevamento di altri parametri.

Secondo l’invenzione, il gruppo di misura 2 comprende inoltre un modulo di accumulo 13 dell’energia associato alla (seconda estremità 5b della) seconda bobina 5, ovvero interposto tra la seconda unità di elaborazione 8 e la (seconda estremità 5b della) seconda bobina 5 stessa.

Tale modulo di accumulo 13 à ̈ predisposto per ricevere l’energia indotta dalla prima 4 alla seconda bobina 5 ed incamerare energia. Inoltre, il modulo di accumulo 13 à ̈ collegato alla seconda unità di elaborazione 8 per fornirle tale energia, durante un predeterminato intervallo di tempo, anche in caso di un’interruzione nella trasmissione di energia tra la prima 4 e la seconda bobina 5.

Preferibilmente, il modulo di accumulo 13 à ̈ definito almeno in parte da un condensatore 13a, configurato per accumulare e mantenere tra le sue armature l’energia accumulata.

Tale condensatore preferibilmente di tipo ceramico multistrato, in grado di fornire alta capacità ed allo stesso tempo dimensioni contenute.

Il gruppo di misura 2 comprende inoltre mezzi di rilevamento 14 della trasmissione di energia dalla prima 4 alla seconda bobina 5. Tali mezzi di rilevamento 14 sono dunque associati alla seconda bobina 5 e configurati per verificare la tensione ai capi della stessa.

In questa luce, i mezzi di rilevamento 14 sono associati alla seconda unità di elaborazione 8 e configurati per inviarle un segnale S3 rappresentativo di un’interruzione nella trasmissione di energia dalla prima 4 alla seconda bobina 5.

In altre parole, i mezzi di rilevamento 14 non appena rilevano un abbassamento sotto un livello di soglia della tensione presente ai capi (e dunque una mancanza di corrente indotta) della seconda bobina 5 sono predisposti per segnalarlo alla seconda unità di elaborazione 8 mediante l’invio di un apposito segnale S3 rappresentativo di tale condizione.

Nella forma realizzativa preferita, i mezzi di rilevamento 14 sono definiti da un comparatore di tensione.

Preferibilmente, il gruppo di misura 2 comprende anche un modulo di recupero energia 20 interposto tra la (seconda estremità 5b della) seconda bobina 5 e i mezzi di rilevamento 14.

Si noti che la seconda unità di elaborazione 8 à ̈ inoltre collegata alla (prima estremità 5a della) seconda bobina 5.

Tale seconda unità di elaborazione 8 à ̈ configurata per inviare alla seconda bobina 5 un segnale di misura S4 correlato al segnale S2 rappresentativo degli sforzi rilevati, in risposta ad una ricezione, da parte dei mezzi di rilevamento 14, del suddetto segnale S3 rappresentativo di un’interruzione nella trasmissione di energia dalla prima 4 alla seconda bobina 5.

Dunque, la seconda unità di elaborazione 8 à ̈ configurata per inviare tale segnale di misura S4 (correlato e/o rappresentativo degli sforzi rilevati) al gruppo di alimentazione 3 attraverso un’induzione elettromagnetica dalla seconda bobina 5 alla prima bobina 4, invertendo il senso della trasmissione rispetto al segnale di pilotaggio S1.

Si noti che tale segnale di misura S4 à ̈ generato dalla seconda unità di elaborazione 8 a seguito di un’elaborazione e/o codifica del segnale S2 rappresentativo degli sforzi rilevati dal sensore 9.

A tale proposito, la prima unità di elaborazione 6 à ̈ configurata per inviare alla prima bobina 4 un segnale di pilotaggio S1 di intensità variabile nel tempo per un prefissato primo intervallo di tempo T1, in cui la prima bobina 4 trasferisce energia alla seconda bobina 5 per induzione elettromagnetica. Inoltre, la prima unità di elaborazione 6 à ̈ configurata per interrompere la generazione di tale segnale di pilotaggio S1 per un secondo intervallo di tempo T2, in cui il trasferimento di energia dalla prima 4 alla seconda bobina 5 à ̈ interrotto.

Preferibilmente, il segnale di pilotaggio S1 à ̈ un segnale ad onda quadra, in cui la successione di fronti di “salita†e “discesa†consente la trasmissione di energia al gruppo di misura 2.

Si noti che il secondo intervallo di tempo T2 Ã ̈ immediatamente successivo al primo intervallo di tempo T1 e la loro successione si ripete ciclicamente in un intervallo di tempo T= T1+T2.

La prima unità di elaborazione 6, dopo aver inviato alla prima bobina 4 un certo numero di periodi interi di onda quadra (corrispondenti al primo intervallo di tempo T1) e quindi aver trasferito alla seconda bobina 5 una quantità sufficiente di energia, sospende la trasmissione durante il secondo intervallo di tempo T2.

Preferibilmente, la prima unità di controllo 6 à ̈ programmata per settare il primo modulo amplificatore 7 in una configurazione ad alta impedenza, ovvero nel terzo stato, durante il secondo intervallo di tempo T2, in modo da simulare una completa sconnessione del primo modulo amplificatore 7 stesso dal circuito, consentendo la trasmissione del segnale di misura S4 dalla seconda bobina 5 alla prima bobina 4.

Dunque, durante il suddetto secondo intervallo di tempo T2 prefissato, in cui il modulo di generazione 6a interrompe la generazione del segnale di pilotaggio S1, i mezzi di rilevamento 14 del gruppo di misura 2 inviano alla seconda unità di elaborazione 8 il segnale S3 rappresentativo di un’interruzione nella trasmissione di energia. In risposta alla ricezione di tale segnale S3, la seconda unità di elaborazione 8 invia alla seconda bobina 5 un segnale di misura S4 correlato al segnale S2 rappresentativo degli sforzi rilevati dal sensore 9, il quale à ̈ trasmesso per induzione elettromagnetica alla prima bobina 4.

In questa luce, il modulo di accumulo 13 del gruppo di misura 2 à ̈ predisposto per accumulare energia quando il modulo di generazione 6a genera il segnale di pilotaggio S1 (dunque nel primo intervallo di tempo T1) ed à ̈ configurato per fornire almeno parte dell’energia accumulata alla seconda unità di elaborazione 8 durante il secondo intervallo di tempo T2 (ovvero quanto la generazione del segnale di pilotaggio S1 à ̈ interrotta).

Vantaggiosamente, in tal modo à ̈ possibile consentire la trasmissione del segnale di misura S4 (anch’esso rappresentativo degli sforzi rilevati) al gruppo di alimentazione 3 attraverso un’induzione elettromagnetica dalla seconda bobina 5 alla prima bobina 4 durante il secondo intervallo di tempo T2.

Si noti che, a tal fine, la seconda unità di elaborazione 8 à ̈ programmata per immagazzinare i dati relativi allo stato di sforzo dell’albero 100, ricevuti attraverso il segnale S2 rappresentativo degli sforzi rilevati dal sensore 9, durante i primi intervalli di tempo T1, in cui il modulo di generazione 6a genera un segnale di pilotaggio S1.

Dunque, il segnale di misura S4 corrisponde alla sequenza dei segnali S2 rappresentativi degli sforzi rilevati inviati dal sensore 9 alla seconda unità di elaborazione 8 durante un primo intervallo di tempo T1.

In altre parole, la seconda unità di elaborazione 8 à ̈ programmata per fungere da memoria durante l’alimentazione dalla prima 4 alla seconda bobina 5 (ovvero durante il primo intervallo di tempo T1) e per fungere da modulo di trasmissione dati in assenza di tale alimentazione (ovvero durante il secondo intervallo di tempo T2).

A tale proposito, la (seconda estremità 4b della) prima bobina 4 à ̈ collegata alla prima unità di elaborazione 6, preferibilmente attraverso un modulo di ricezione dati 15, per inviare a tale prima unità di elaborazione 6 il segnale di misura S4 (correlato agli sforzi rilevati).

Tale prima unità di elaborazione 6 à ̈ dunque configurata per ricevere ed elaborare tale segnale di misura S4 e, preferibilmente, inviarlo ad un sistema di controllo (non illustrato) dell’impianto in cui à ̈ montato l’albero 100.

Preferibilmente, sia la prima 6 che la seconda 8 unità di elaborazione comprendono un microprocessore. Più precisamente il microprocessore deve essere a bassissimo assorbimento di corrente (il microprocessore impiegato da non considerare come una restrizione à ̈ un microprocessore RISC a 8 bit con frequenze di Clock di 8 MHz . Sulla parte fissa al contrario il microprocessore può essere di qualsiasi tipo non essendoci vincoli particolari ne di alimentazione ne di velocità.

Preferibilmente, anche il gruppo di misura 2 à ̈ provvisto di un proprio modulo amplificatore 17 associato alla seconda unità di elaborazione 8, in particolare operativamente interposto tra tale seconda unità di elaborazione 8 e la prima estremità 5a della seconda bobina 5.

Il suddetto modulo amplificatore 17 Ã ̈ configurato per incrementare la potenza del segnale di misura S4 fino ad un prefissato valore di trasmissione, al fine di consentire il trasferimento induttivo di detto segnale S4 alla prima bobina 4 da parte della seconda bobina 5.

Analogamente al precedente, il modulo amplificatore 17 del gruppo di misura 2 à ̈ definito da un driver configurato per amplificare la tensione e la corrente fornite dalla seconda unità di elaborazione 8 a rispettivi valori adatti a pilotare le bobine 4, 5.

Nella forma realizzativa preferita, il modulo di accumulo 13 à ̈ inoltre collegato anche al modulo amplificatore 17 del gruppo di misura 2 al fine di mantenerlo alimentato durante l’interruzione nella trasmissione di energia dalla prima 4 alla seconda bobina 5 (ovvero quando il modulo di generazione 6a genera un segnale di pilotaggio S1 pari al secondo valore).

Preferibilmente, tale modulo di accumulo 13 comprende due dispositivi 13a distinti, ciascuno collegato rispettivamente alla seconda unità di controllo 8 o al modulo amplificatore 17; ciò al fine di permettere alla seconda unità di controllo 8 di rimanere alimentata durante la sospensione del trasferimento di energia dalla prima 4 alla seconda bobina 5 ed al tempo stesso di disporre di una sorgente di energia a parte (ovvero distinta) sufficiente a sostenere la trasmissione del segnale di misura S4 dalla seconda 5 alla prima bobina 4.

Nel dettaglio, il modulo di accumulo 13 comprende un primo dispositivo definito dal condensatore 13a descritto in precedenza ed un secondo dispositivo comprendente uno o più diodi di blocco 13b collegati al modulo amplificatore 17.

Tali diodi di blocco 13b sono diodi (a montaggio superficiale) a bassa caduta di tipo Schottky barrier small signal diode.

Nella forma realizzativa preferita, l’apparecchiatura 1 comprende un modulo di interfaccia 16 con tale sistema di controllo associato alla prima unità di elaborazione 6 e configurato per mettere i dati misurati (relativi agli sforzi sull’albero 100) a disposizione del sistema di controllo.

Il trasferimento dei dati (corrispondenti/correlati al segnale di misura S4) può avvenire per via analogica, nel campo 0-10 VDC (preferibilmente 0-5 VDC), oppure attraverso un canale in corrente in uno dei seguenti campi: - 0-20 mA;

- 4-20 mA;

- 20-0 mA;

- 20-4 mA.

Alternativamente, il trasferimento può avvenire anche attraverso un supporto digitale (non illustrato), come ad esempio lo standard RS-485, CanBus o simili.

Oggetto della presente invenzione à ̈ inoltre un metodo di misura di un parametro su un corpo rotante, preferibilmente per la misura degli sforzi (di torsione) su un albero 100 rotante.

Tale metodo à ̈ preferibilmente implementato dall’apparecchiatura fin qui descritta. Dunque, tutti i componenti descritti nel seguito saranno analoghi, mutatis mutandis, a quelli descritti in relazione all’apparecchiatura 1.

Il metodo di misura prevede in prima istanza un posizionamento della prima bobina 4 coassialmente al corpo 100 girevole, la predisposizione del sensore 9 di rilevamento dell’almeno un parametro, ed il fissaggio del sensore 9 al corpo 100 girevole, nonché il posizionamento della seconda bobina 5 avvolta sul corpo 100 girevole in modo da ruotare con esso e da essere alimentabile dalla prima bobina 4 per induzione elettromagnetica. Dopo aver posizionato i summenzionati componenti, il corpo girevole 100 (ovvero l’albero 100) viene messo in rotazione, o comunque sottoposto a torsione.

A questo punto, la prima bobina 4 viene alimentata (mediante la prima unità di elaborazione 6) con un segnale di pilotaggio S1 in modo che l’energia sia indotta elettromagneticamente in detta seconda bobina 5. L’energia indotta viene almeno in parte accumulata in un modulo di accumulo 17 (collegato al corpo 100).

Successivamente, per un intervallo di tempo prefissato T (pari a quello descritto in precedenza), l’alimentazione alla prima bobina (5) viene interrotta mediante azzeramento del segnale di pilotaggio S1.

Tale interruzione viene rilevata (dai mezzi di rilevamento 14) e, a seguito di ciò, durante detto intervallo di tempo prefissato T la seconda bobina 5 viene alimentata mediante un segnale di misura S4 correlato al parametro rilevato, in modo che tale segnale S4 sia trasferito alla prima bobina 4 per induzione elettromagnetica e decodificato mediante la prima unità di elaborazione 6.

Lo stoccaggio del segnale S2 rappresentativo del parametro rilevato (ovvero degli sforzi rilevati), la sua eventuale elaborazione, ed il suo invio sotto forma del segnale di misura S4 sono preferibilmente eseguiti tramite la seconda unità di elaborazione 8 descritta in precedenza e montata “a bordo†del corpo 100.

L’invenzione raggiunge gli scopi preposti e consegue importanti vantaggi. Infatti, l’apparecchiatura secondo l’invenzione, in cui l’alimentazione e la trasmissione dati eseguono lo stesso percorso, con verso opposto, ed avvengono per induzione elettromagnetica consente di ottenere un sistema di misura dinamico estremamente preciso, nonché di semplice ed economica realizzazione.

Inoltre, l’utilizzo di un segnale di pilotaggio ad onda quadra, a parità di frequenza, fornisce un contenuto armonico molto alto essendo peraltro di semplice ottenimento.

In sostanza, l’apparecchiatura di misura à ̈ assimilabile ad un trasformatore in aria, ovvero privo di nucleo o pacco lamellare dal momento che la maggior parte delle linee di flusso attraversa prevalentemente l’aria e solo una minima parte l’acciaio dell’albero.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di misura dinamica di almeno un parametro su un corpo (100) sottoposto a torsione rispetto ad un telaio (101), comprendente: - un gruppo di alimentazione (3) associabile a detto telaio (101) e provvisto di: - una prima bobina (4) disposta coassialmente a detto corpo (100); - una prima unità di elaborazione (6) provvista di un modulo di generazione (6a) associato alla prima bobina (4) e configurata per generare un segnale di pilotaggio (S1) ed inviarlo a detta prima bobina (4) in modo da generare un campo elettromagnetico; - un gruppo di misura (2) almeno in parte fissabile a detto corpo (100) e provvisto di: - una seconda bobina (5) avvolta su detto corpo (100) in modo da essere mobile con esso, disposta in modo da essere alimentabile da detta prima bobina (4) per induzione elettromagnetica; - una seconda unità di elaborazione (8) collegata alla seconda bobina (5) per ricevere l’energia indotta in detta seconda bobina (5) dal gruppo di alimentazione (3); - un sensore (9) di rilevamento di detto almeno un parametro, fissabile al corpo (100), collegato alla seconda unità di elaborazione (8) e configurato per inviare a detta seconda unità di elaborazione (8) un segnale rappresentativo di detto almeno un parametro rilevato; caratterizzata dal fatto che detto gruppo di misura (2) comprende inoltre: - un modulo di accumulo (13) dell’energia associato a detta seconda bobina (5), predisposto per ricevere l’energia indotta dalla prima bobina (4) e collegato a detta seconda unità di elaborazione (8); - mezzi di rilevamento (14) della trasmissione di energia dalla prima (4) alla seconda bobina (5) associati a detta seconda unità di elaborazione (8) per inviarle un segnale (S3) rappresentativo di un’interruzione nella trasmissione di energia da detta prima (4) a detta seconda bobina (5), e dal fatto che detta seconda unità di elaborazione (8) à ̈ configurata per inviare alla seconda bobina (5) un segnale di misura (S4) correlato a detto segnale (S2) rappresentativo di detto almeno un parametro rilevato, in risposta ad una ricezione, da parte dei mezzi di rilevamento (14), di detto segnale (S3) rappresentativo di un’interruzione nella trasmissione di energia dalla prima (4) alla seconda bobina (5), al fine di trasmettere il segnale di misura (S4) al gruppo di alimentazione (3) attraverso un’induzione elettromagnetica dalla seconda bobina (5) alla prima bobina (4).
2. 2. Apparecchiatura di misura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto modulo di generazione (6a) della prima unità di elaborazione (6) à ̈ configurato per inviare a detta prima bobina (4) un segnale di pilotaggio (S1) di intensità variabile nel tempo per un prefissato primo intervallo di tempo (T1) col quale la prima bobina (4) trasferisce energia alla seconda bobina (5) per induzione elettromagnetica, e per interrompere la generazione di detto segnale di pilotaggio (S1) per un secondo intervallo di tempo (T2) successivo al primo intervallo di tempo (T1) per interrompere la trasmissione di energia dalla prima bobina (4).
3. 3. Apparecchiatura di misura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto segnale di pilotaggio (S1) presenta un andamento ad onda quadra, variabile a scalino tra un primo ed un secondo valore.
4. 4. Apparecchiatura di misura secondo la rivendicazione una qualunque delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detto modulo di accumulo (13) del gruppo di misura (2) à ̈ predisposto per accumulare energia durante ciascun primo intervallo di tempo (T1) ed à ̈ configurato per fornire almeno parte di detta energia accumulata alla seconda unità di elaborazione (8) durante ciascun secondo intervallo di tempo (T2).
5. 5. Apparecchiatura di misura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto gruppo di alimentazione (3) comprende modulo amplificatore (7) associato a detto modulo di generazione (6a) della prima unità di elaborazione (6) e configurato per incrementare la potenza del segnale di pilotaggio (S1) fino ad un prefissato valore di trasmissione al fine di consentire l’alimentazione induttiva della seconda bobina (5) da parte della prima bobina (4).
6. 6. Apparecchiatura di misura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto gruppo di misura (2) comprende modulo amplificatore (17) associato a detta seconda unità di elaborazione (8) e configurato per incrementare la potenza di detto segnale di misura (S4) fino ad un prefissato valore di trasmissione al fine di consentire il trasferimento induttivo di detto segnale alla prima bobina (4) da parte della seconda bobina (5).
7. 7. Apparecchiatura di misura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto sensore (9) comprende estensimetro (10) rigidamente connettibile a detto corpo (100).
8. 8. Apparecchiatura di misura secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detto sensore (9) comprende almeno una coppia di estensimetri (10) ciascuno definente una resistenza (11a) di un ponte di Wheatstone (11); detto almeno un parametro essendo corrispondente ad uno sforzo di torsione del corpo (100).
9. 9. Apparecchiatura di misura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la prima (4) e la seconda bobina (5) sono avvolte ciascuna su un rispettivo supporto (18, 19) di forma anulare realizzato in materiale non ferromagnetico al fine di non interferire con il campo magnetico generato dalla bobine (4, 5) stesse.
10. 10. Apparecchiatura di misura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta prima bobina (4) Ã ̈ coassiale ed affacciata a detta seconda bobina (5), collocata ad una distanza da essa compresa tra 1 e 50mm.
11. 11. Apparecchiatura di misura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto gruppo di alimentazione (3) comprende un modulo di interfaccia (16) collegato alla prima unità di elaborazione (6) e predisposto per comunicare con un sistema di controllo per inviare a detto sistema di controllo detto segnale di misura (S4) e/o un segnale di allarme al superamento di un valore soglia di detti sforzi rilevati.
12. 12. Apparecchiatura di misura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto gruppo di alimentazione (3) comprende un modulo di ricezione dati (15) associato alla prima bobina (4), predisposto per ricevere il segnale di misura (S4) e configurato per inviarlo a detta prima unità di elaborazione (6).
13. 13. Metodo di misura dinamica di almeno un parametro su un corpo (100) sottoposto a torsione, comprendente le fasi di: - posizionamento di una prima bobina (4), sviluppantesi coassialmente a detto corpo (100); - predisposizione di almeno un sensore (9) di rilevamento di detto almeno un parametro, e fissaggio del sensore (9) al corpo (100); - posizionamento di una seconda bobina (5) avvolta su detto corpo (100) in modo essere solidale ad esso ed alimentabile da detta prima bobina (4) per induzione elettromagnetica; - generazione di un momento torcente su detto corpo (100); caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - alimentazione di detta prima bobina (4) mediante un segnale di pilotaggio (S1) di intensità variabile nel tempo per un prefissato primo intervallo di tempo (T1), in modo che l’energia sia indotta elettromagneticamente in detta seconda bobina (5); 5 - accumulo di detta energia in un modulo di accumulo (17) collegato al corpo (100) durante detto primo intervallo di tempo (T1); - interruzione di detta alimentazione alla prima bobina (5) mediante azzeramento del segnale di pilotaggio (S1) per un prefissato secondo intervallo di tempo (T2); 10 - alimentazione di detta seconda bobina (5) mediante un segnale di misura (S4) correlato al rilevamento di detto almeno un parametro durante detto secondo intervallo di tempo (T2), in modo che detto segnale (S4) sia trasferito alla prima bobina (4) per induzione elettromagnetica; - codifica di detto segnale di misura (S4) mediante una prima unità di 15 elaborazione (6).