L’invenzione riguarda un transponder wireless e passivo dedicato al rilevamento di vibrazioni e pressioni, dove la componente sensibile è costituita esclusivamente da linee di trasmissione. In particolare, l’elemento sensibile è un accoppiatore direzionale tridimensionale. Ciò rende il sensore economico, leggero e adatto alle tecnologie di produzione ecologiche.
Il transponder, collegato al dispositivo (“device under test” o DUT), viene interrogato da un lettore con un segnale sinusoidale a frequenza f0 (o frequenza portante). Il DUT può essere una piattaforma vibrante, come un aereo o un macchinario industriale. Se non ci sono vibrazioni, il transponder riflette il segnale, senza modificarne lo spettro. Se il DUT è soggetto a vibrazioni, invece, il sensore utilizza lo spostamento causato dalle vibrazioni per modulare la frequenza portante. In questo modo, l’ampiezza e la frequenza della vibrazione vengono codificate nelle bande laterali del segnale riflesso e queste informazioni possono essere recuperate dal lettore.
Stato del brevetto
DEPOSITATO
Numero di priorità
102021000014681
Data di priorità
04/06/2021
Licenza
ITALIA
Mercato
Il sensore può essere applicato per il monitoraggio della salute strutturale degli edifici e più in generale per le applicazioni di monitoraggio delle condizioni. Può trovare applicazione nell’industria, nei trasporti, nella domotica, nella logistica e nelle infrastrutture. La tecnologia proposta ha il potenziale per ridurre il costo dei sensori di un ordine di grandezza, aumentando così il numero di sensori utilizzabili per ciascuna applicazione e aumentando la risoluzione spaziale delle informazioni acquisite. Pertanto, ha un mercato potenziale molto ampio.
Problema
Le strutture meccaniche si deteriorano nel tempo, con gravi conseguenze per la sicurezza e la produzione. Pertanto, dobbiamo identificare tempestivamente i problemi per ridurre i rischi. Le crepe e l’usura nascoste possono essere facilmente identificate analizzando le vibrazioni del corpo e la pressione tra le diverse parti meccaniche di una macchina, motivo per cui i sensori di vibrazione e pressione sono necessari in macchine industriali, aeroplani, edifici e infrastrutture.
Limiti attuali tecnologie / Soluzioni
Gli attuali sensori di vibrazione e pressione sono attivi o collegati alla rete. Questo è molto limitante, soprattutto per i sensori che devono essere posizionati su strutture mobili. I sensori wireless attivi richiedono fonti di energia esterne, generalmente fornite da batterie.
Tuttavia, le sostituzioni periodiche della batteria possono essere impraticabili se i sensori sono posizionati su macchinari o in aree remote, mentre gli approcci di energy harvesting per la ricarica della batteria non sono sempre applicabili. Inoltre, i sensori di vibrazione possono richiedere l’utilizzo di materiali piezoelettrici costosi e generalmente inquinanti per l’ambiente (come il PZT).
Killer Application
L’applicazione principale per il sensore proposto è il monitoraggio delle condizioni nel monitoraggio delle condizioni industriali, in cui il sensore può essere utilizzato per monitorare le forze di compressione e le vibrazioni in modalità wireless senza richiedere alcun circuito attivo.
Ulteriori aree sono:
Tecnologia e nostra soluzione
Il sensore proposto si basa su un accoppiatore direzionale tridimensionale. Le forze di compressione possono avvicinare le linee, aumentando così il coefficiente di accoppiamento. Pertanto, il rapporto di potenza tra la porta diretta e quella accoppiata è funzione della forza applicata, mentre sollecitazioni periodiche (cioè vibrazioni) provocano la presenza di bande laterali nello spettro acquisito. Le informazioni possono essere trasmesse in modalità wireless utilizzando la retrodiffusione armonica e le informazioni di rilevamento possono essere recuperate dalla seconda armonica retrodiffusa dalle porte dirette e accoppiate dell’accoppiatore direzionale.
Tale sensore può essere realizzato utilizzando tecnologie di produzione a basso costo, come la stampa 3D.
Vantaggi
L’approccio proposto ci consente di sviluppare sensori a basso costo e leggeri, che non richiedono manutenzione periodica e sostituzione della batteria. L’assenza di batterie riduce il peso e anche l’impatto ambientale del sensore, e ne consente l’utilizzo in ambienti difficili.
Roadmap
Prima di tutto, un prototipo completo e il relativo lettore dovrebbero essere sviluppati e testati in uno scenario wireless. Dovrebbe essere identificata la tecnologia più adatta per fabbricare strutture 3D con modelli metallici. Infine, il sensore dovrebbe essere testato in ambienti pertinenti.
TRL
Team
