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rapporti - Deliverable

2.2.2-Sperimentazione di microsistemi integrati in applicazioni di interesse per il settore elettrico

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2.2.2-Sperimentazione di microsistemi integrati in applicazioni di interesse per il settore elettrico

Sensori e sistemi di elaborazione dati controllano il funzionamento degli impianti di generazione, trasmissione e distribuzione del sistema elettrico per individuare precocemente anomalie o possibili guasti e per ridurre il pericolo di interruzioni non programmate. Soluzioni di monitoraggio innovative, capaci di incrementare affidabilità e continuità di esercizio del sistema elettrico, possono scaturire dalla messa a punto di sensori e dispositivi di misura integrati, con prestazioni adeguate in termini di sensibilità, immunità ai disturbi dell’ambiente e qualità delle informazioni diagnostiche prodotte. I "microsistemi integrati" includono microsensori e microsistemi elettromeccanici (MEMS) o ottico / elettromeccanici (MOEMS), realizzati su silicio con le tecniche di microfabbricazione dei circuiti integrati. Queste tecnologie sono interessanti al fine di rendere disponibili nuovi dispositivi di dimensioni contenute e prestazioni in linea con i requisiti delle succitate applicazioni di monitoraggio. Una valutazione delle caratteristiche di alcuni microsistemi e del loro possibile sviluppo applicativo finalizzato alle esigenze del settore elettrico è stata realizzata, all’interno del Progetto SENNA, nell’ambito della Milestone 2.2.2 “Sperimentazione di microsistemi integrati in applicazioni di interesse per il settore elettrico”. L’attività è stata condotta in collaborazione con il Dipartimento di Elettronica per l’Automazione (DEA) della facoltà d’Ingegneria dell’Università di Brescia, che studia, progetta e mette a punto microsistemi e microsensori per applicazioni industriali. Dall’analisi delle possibilità di sviluppo evidenziate con la Milestone 2.2.1 “Osservatorio sullo sviluppo delle applicazioni dei microsistemi integrati”, erano emerse due classi di dispositivi interessanti per successivi sviluppi applicativi: gli accelerometri riconfigurabili per misure triassiali, e i dispositivi di conversione elettro-meccanica per l’alimentazione di accelerometri o altri microsensori integrati. È stata perciò effettuata un’attività di progettazione, sviluppo e caratterizzazione sperimentale delle prestazioni di i) due accelerometri in tecnologia MEMS, e di ii) un sistema sensorizzato autonomo alimentato a recupero di energia dalle vibrazioni di fondo mediante effetto piezoelettrico. La messa a punto e le prove effettuate sugli accelerometri, potenzialmente utilizzabili in presenza di accelerazioni fino a 10 4 g, hanno consentito di rilevare un segnale di uscita ottimale dai sensori, in un intervallo di frequenze dalla DC fino a 3 kHz. Tale risposta potrebbe essere utilizzata per analisi modale su macchinari di dimensione medio-grande; i microaccelerometri prototipo realizzati mediante un processo multiutente, a costi relativamente contenuti, non sono infatti adatti per prove su componenti con massa ridotta e rigidezza elevata, e per misure in regime impulsivo.

Il sistema alimentato da convertitori piezoelettrici è stato messo a punto per condizionare il segnale generato da un sensore passivo, ad esempio un termometro, e per trasmettere l’informazione attraverso un segnale in radio-frequenza scambiato con un’unità esterna di lettura. Prove con sensori capacitivi e resistivi sono state effettuate per mettere a punto tecniche di elaborazione capaci di ottimizzare le prestazioni, in termini di sensibilità risoluzione e ripetibilità, pur nella contenuta potenza disponibile. Come applicazione concreta, è stato sviluppato e caratterizzato un sensore di temperatura autonomo che fornisce una risoluzione di 0.02°C, e un ciclo di lettura e trasmissione compreso fra le poche decine di secondi a pochi minuti in funzione dell’efficienza del materiale funzionale piezoelettrico.

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