ITRM20090387A1 - METHOD AND SYSTEM FOR THE MONITORING OF ALTERATIONS, WHICH DISCONTINUITIES AND / OR INTEGRITY DEFECTS, OF A STRUCTURE OR OF AN INFRASTRUCTURE - Google Patents

Metodo e sistema per il monitoraggio di alterazioni, quali discontinuità e/o difetti di integrità, di una struttura o di una infrastruttura Method and system for monitoring alterations, such as discontinuities and / or integrity defects, of a structure or infrastructure

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce al settore tecnico del monitoraggio di alterazioni, quali discontinuità o difetti di integrità, di strutture/ infrastrutture. In particolare, la presente invenzione riguarda un metodo ed un sistema per monitorare l’insorgere e/o l’evolversi di alterazioni del tipo suddetto. The present invention refers to the technical sector of monitoring alterations, such as discontinuities or integrity defects, of structures / infrastructures. In particular, the present invention relates to a method and a system for monitoring the onset and / or evolution of alterations of the aforesaid type.

Un problema particolarmente diffuso che affligge strutture o infrastrutture in genere à ̈ l’insorgere ed il progressivo degradarsi di alterazioni, quali discontinuità e/o difetti di integrità, di entità più o meno grave. A particularly widespread problem that afflicts structures or infrastructures in general is the onset and progressive deterioration of alterations, such as discontinuity and / or integrity defects, of more or less serious entity.

Ad esempio, con particolare riferimento alle strutture / infrastrutture di ingegneria civile in muratura tali alterazioni si concretano sovente in stati fessurativi. Come à ̈ noto tali stati fessurativi possono compromettere la stabilità della struttura, pertanto, al fine di prevenire l’instaurarsi di condizioni di pericolo e programmare operazioni di manutenzione della struttura / infrastruttura, à ̈ sentita l’esigenza di realizzare un efficiente monitoraggio che consenta di individuare l’insorgere di nuove fessure nella struttura / infrastruttura e/o di monitorare l’evoluzione di fessure pre-esistenti. Sempre con particolare riferimento ad alterazioni nella forma di stati fessurativi, nello stato dell’arte, oltre all’ispezione periodica visiva, sono diffuse tecniche di monitoraggio basate sull’impiego di strumenti di rilevamento quali ad esempio sonde endoscopiche o sistemi di trasmettitori/ricevitori ad ultrasuoni. L’impiego delle sonde endoscopiche, basate su tecnologia ottica, essendo limitato al monitoraggio di fessure preesistenti, non consente di segnalare l’insorgere di nuove fessure ed à ̈ inoltre limitato a fessure di dimensioni relativamente elevate. For example, with particular reference to civil engineering structures / infrastructures in masonry, these alterations often result in cracking states. As is well known, such cracking states can compromise the stability of the structure, therefore, in order to prevent the establishment of dangerous conditions and schedule maintenance operations of the structure / infrastructure, the need is felt to carry out an efficient monitoring which allows to identify the emergence of new cracks in the structure / infrastructure and / or to monitor the evolution of pre-existing cracks. Again with particular reference to alterations in the form of cracking states, in the state of the art, in addition to periodic visual inspection, monitoring techniques based on the use of detection instruments such as endoscopic probes or transmitter systems are widespread / ultrasonic receivers. The use of endoscopic probes, based on optical technology, being limited to the monitoring of pre-existing cracks, does not allow to signal the onset of new cracks and is also limited to cracks of relatively large dimensions.

I sistemi di trasmettitori/ricevitori ad ultrasuoni sono invece relativamente costosi e non sono destinati ad essere applicati permanentemente o quasi-permanentemente ad una struttura da monitorare per effettuare rilievi in continuo ma vengono impiegati per effettuare misurazioni periodiche in presenza di operatori addetti. On the other hand, ultrasound transmitter / receiver systems are relatively expensive and are not intended to be applied permanently or almost permanently to a structure to be monitored to carry out continuous surveys but are used to carry out periodic measurements in the presence of assigned operators.

Il problema del monitoraggio di alterazioni di strutture / infrastrutture à ̈ attualmente particolarmente, ma non per questo limitativamente, sentito nel settore dei trasporti ferroviari. Infatti, il problema della manutenzione delle infrastrutture civili, quali ad esempio ponti in muratura, presenti lungo un tracciato ferroviario riveste particolare importanza per una moderna ed efficiente gestione di una rete ferroviaria sia perché implica costi elevati sia perché ha conseguenze sui livelli di sicurezza. Inoltre, una buona parte delle infrastrutture presenti lungo un tracciato ferroviario à ̈ stata progettata e realizzata in un’epoca nella quale l’utilizzo previsto era di gran lunga inferiore rispetto a quello attuale. Basti pensare al forte incremento che hanno avuto nel tempo alcuni parametri quali quelli di seguito elencati: The problem of monitoring alterations in structures / infrastructures is currently particularly, but not limited to, felt in the rail transport sector. In fact, the problem of maintenance of civil infrastructures, such as masonry bridges, present along a railway line is of particular importance for a modern and efficient management of a railway network both because it involves high costs and because it has consequences on safety levels. . Furthermore, a large part of the infrastructures present along a railway line was designed and built in an era in which the expected use was far less than the current one. Just think of the strong increase that some parameters have had over time, such as those listed below:

- numero di treni transitanti al giorno, che à ̈ cresciuto in alcuni casi di ben due ordini di grandezza; - number of trains passing per day, which in some cases increased by two orders of magnitude;

- carico per asse, che à ̈ aumentato di un fattore fino a 25 tonnellate per asse; - axle load, which is increased by a factor of up to 25 tons per axle;

- lunghezze e velocità dei treni. - train lengths and speeds.

Ciò implica un sensibile incremento di sollecitazioni derivanti dall’esercizio che può determinare in alcuni casi una maggiore velocità nell’evoluzione dei fenomeni di degrado, quali ad esempio l’insorgere o l’aggravarsi di fessure, di cui occorre tener conto nella gestione della manutenzione. This implies a significant increase in stresses deriving from operation which in some cases can determine a greater speed in the evolution of deterioration phenomena, such as the onset or aggravation of cracks, which must be taken into account in maintenance management.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di proporre un metodo di monitoraggio di alterazioni di strutture / infrastrutture efficiente, affidabile e relativamente economico rispetto a metodi appartenenti alla tecnica nota. An object of the present invention is to propose an efficient, reliable and relatively cheap method for monitoring alterations of structures / infrastructures with respect to methods belonging to the known art.

Tale scopo viene realizzato secondo l’invenzione mediante un metodo di monitoraggio come descritto in generale nell’annessa rivendicazione 1. Forme di attuazione preferite del metodo sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti. This object is achieved according to the invention by means of a monitoring method as described in general in the attached claim 1. Preferred embodiments of the method are described in the dependent claims.

Forma oggetto della presente invenzione anche un sistema di monitoraggio come definito nell’annessa rivendicazione 17. The present invention also relates to a monitoring system as defined in the attached claim 17.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: Further characteristics and advantages of the invention will appear from the detailed description that follows, carried out purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 à ̈ una vista schematica di un sistema di monitoraggio di una struttura, comprendente una pluralità di sensori, in cui il sistema à ̈ mostrato applicato ad una struttura da monitorare; - figure 1 is a schematic view of a monitoring system of a structure, comprising a plurality of sensors, in which the system is shown applied to a structure to be monitored;

- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica in cui sono mostrati alcuni componenti del sistema di figura 1; - figure 2 is a schematic view in which some components of the system of figure 1 are shown;

- la figura 3 Ã ̈ una vista schematica di un sensore del sistema di figura 1; - figure 3 is a schematic view of a sensor of the system of figure 1;

- la figura 4 mostra schematicamente una struttura dati per la memorizzazione di dati acquisiti tramite i sensori di figura 1; Figure 4 schematically shows a data structure for storing data acquired by means of the sensors of Figure 1;

- le figure 5-9 riportano grafici relativi a risultati ottenuti da una sperimentazione in campo di un sistema di monitoraggio del tipo rappresentato in figura 1; e - Figures 5-9 show graphs relating to results obtained from a field experimentation of a monitoring system of the type represented in Figure 1; And

- la figura 10 mostra un diagramma a blocchi schematico di un metodo di monitoraggio implementabile attraverso il sistema di figura 1. - figure 10 shows a schematic block diagram of a monitoring method that can be implemented through the system of figure 1.

Con riferimento alle annesse figure con 4,S si à ̈ globalmente indicato un sistema di monitoraggio di alterazioni, discontinuità e/o di difetti di integrità di una struttura/infrastruttura 1. D’ora in avanti faremo riferimento specifico, senza per questo introdurre alcuna limitazione, al caso in cui il sistema 4,S si concreti in un sistema per il monitoraggio dello stato fessurativo di una struttura in muratura 1. Si tenga tuttavia presente che il sistema di monitoraggio 4,S può essere in genere impiegato per il monitoraggio di alterazioni di varia natura, quali ad esempio crepe o fratture, o di altri difetti di integrità, quale ad esempio quelli dovuti al cedimento di uno strato di malta, di strutture o infrastrutture, ad esempio anche nel caso in cui queste siano realizzate in calcestruzzo. With reference to the attached figures with 4, S, a system for monitoring alterations, discontinuities and / or integrity defects of a structure / infrastructure has been globally indicated 1. From now on we will make specific reference, without introducing no limitation, if the system 4, S becomes a system for monitoring the crack state of a masonry structure 1. However, it should be borne in mind that the monitoring system 4, S can generally be used for monitoring of alterations of various kinds, such as cracks or fractures, or other integrity defects, such as those due to the failure of a layer of mortar, structures or infrastructures, for example even if these are made of concrete .

Il sistema di monitoraggio 4, S comprende una rete di acquisizione dati S includente una pluralità di sensori accelerometrici (solo alcuni dei quali, cioà ̈ i sensori S2-S9, sono visibili in figura 2) ed una unità di elaborazione dati 4. Il sistema di monitoraggio 4, S à ̈ adatto a rilevare l’insorgere nella struttura in muratura 1 di una o più nuove fessure e/o monitorare l’evoluzione di una o più fessure pre-esistenti. The monitoring system 4, S comprises a data acquisition network S including a plurality of accelerometric sensors (only some of which, namely the S2-S9 sensors, are visible in figure 2) and a data processing unit 4. The system monitoring 4, S is suitable for detecting the emergence in the masonry structure 1 of one or more new cracks and / or monitoring the evolution of one or more pre-existing cracks.

In figura 1, la rete di acquisizione dati S à ̈ mostrata a titolo esemplificativo applicata ad una struttura in muratura 1 che, nel particolare esempio rappresentato, si concreta, non limitativamente, in un ponte ferroviario 1, cioà ̈ un ponte destinato a sostenere un binario ferroviario 2. In forme di realizzazione alternative, la rete di acquisizione dati S può essere applicata ad una struttura/infrastruttura di tipo differente, quale ad esempio un ponte stradale, o anche ad un edificio, ad esempio ad un edificio storico a rischio di crollo, o ad una struttura/infrastruttura portante in genere. In figure 1, the data acquisition network S is shown by way of example applied to a masonry structure 1 which, in the particular example represented, takes the form, but not limited to, a railway bridge 1, i.e. a bridge intended to support a railway track 2. In alternative embodiments, the data acquisition network S can be applied to a structure / infrastructure of a different type, such as for example a road bridge, or even to a building, for example to a historic building at risk of collapse, or to a supporting structure / infrastructure in general.

In accordo ad una prima forma di realizzazione l’unità di elaborazione dati à ̈ una unità di elaborazione locale, cioà ̈ disposta applicata alla struttura da monitorare 1 o disposta comunque in prossimità di questa. According to a first embodiment, the data processing unit is a local processing unit, that is, arranged applied to the structure to be monitored 1 or arranged in any case near it.

In accordo ad una seconda forma di realizzazione attualmente più preferita, l’unità di elaborazione 4 à ̈ una unità di elaborazione remota, ad esempio dislocata in una centrale di controllo. In quest’ultimo caso à ̈ possibile prevedere convenientemente nella rete di acquisizione dati S una unità locale di raccolta dati preposta a raccogliere dati acquisiti dalla rete di acquisizione dati S e ad inviare tali dati raccolti all’unità remota di elaborazione dati 4. Quest’ultima implementazione risulta essere particolarmente conveniente nel caso in cui la rete di sensori S sia una rete di tipo wireless. E’ possibile inoltre prevedere che uno degli stessi sensori della rete S funga da unità locale di raccolta dati, ad esempio agendo da unità master rispetto ai restanti sensori della rete di acquisizione dati S, che agiranno dunque da unità slave. According to a second currently more preferred embodiment, the processing unit 4 is a remote processing unit, for example located in a control center. In the latter case, it is possible to conveniently provide in the data acquisition network S a local data collection unit designed to collect data acquired from the data acquisition network S and to send these collected data to the remote data processing unit 4. This last implementation turns out to be particularly convenient in the case in which the sensor network S is a wireless type network. It is also possible to provide that one of the same sensors of the S network acts as a local data collection unit, for example acting as a master unit with respect to the remaining sensors of the S data acquisition network, which will therefore act as slave units.

Con riferimento alle figure 1 e 2, i sensori accelerometrici S2-S9 sono applicati, disposti distanziati fra loro, alla struttura 1. Nel particolare esempio rappresentato questi sono fissati alla parete interna di volta 3 di una arcata sottostante il ponte ferroviario 1. With reference to figures 1 and 2, the accelerometric sensors S2-S9 are applied, arranged spaced apart, to the structure 1. In the particular example shown these are fixed to the internal vault wall 3 of an arch below the railway bridge 1.

In una forma di realizzazione alternativa, i sensori accelerometrici S2-S9 potrebbero essere applicati a più di una parete della struttura 1, ad esempio a due pareti contrapposte di un edificio. In an alternative embodiment, the accelerometric sensors S2-S9 could be applied to more than one wall of the structure 1, for example to two opposite walls of a building.

In accordo ad una forma di realizzazione particolarmente preferita, la rete di acquisizione dati S comprende una pluralità di sensori accelerometrici S2-S9 installati fittamente distribuiti, e preferibilmente anche uniformemente distribuiti, su una parete 3 della struttura 1, ad esempio in modo che la distanza massima fra due sensori adiacenti sia compresa nell’intervallo 25-50 centimetri. According to a particularly preferred embodiment, the data acquisition network S comprises a plurality of accelerometric sensors S2-S9 installed densely distributed, and preferably also uniformly distributed, on a wall 3 of the structure 1, for example so that the distance maximum between two adjacent sensors is between 25-50 centimeters.

Una porzione della parete di volta 3 del ponte ferroviario 1 à ̈ mostrata in figura 2. Come si potrà notare, a tale porzione di parete 3 à ̈ applicata una pluralità di sensori accelerometrici S2-S9. Nel particolare esempio rappresentato, alla porzione di parete 3 sono applicati otto sensori accelerometrici S2-S9 disposti allineati lungo due file F1, F2 di sensori fra loro parallele. Ad esempio, tali sensori S2-S9 sono inchiodati o fissati tramite viti e simili alla parete 3. In generale, à ̈ possibile prevedere una distribuzione dei sensori sulla parete 3 secondo uno schema di disposizione a matrice o a griglia. Nel particolare esempio rappresentato, i sensori accelerometrici S2-S9 sono disposti in modo da formare una griglia quadrangolare in cui le due file F1-F2 sono disposte distanziate fra loro ad una distanza di circa 25 cm ed in cui due sensori accelerometrici adiacenti all’interno di una stessa fila F1, F2 sono disposti distanziati fra loro ad un distanza di 30 cm. A portion of the vault wall 3 of the railway bridge 1 is shown in figure 2. As can be seen, a plurality of accelerometric sensors S2-S9 is applied to this portion of the wall 3. In the particular example shown, eight accelerometric sensors S2-S9 are applied to the portion of the wall 3, arranged aligned along two rows F1, F2 of sensors parallel to each other. For example, such sensors S2-S9 are nailed or fixed by means of screws and the like to the wall 3. In general, it is possible to provide a distribution of the sensors on the wall 3 according to a matrix or grid arrangement scheme. In the particular example shown, the S2-S9 accelerometric sensors are arranged so as to form a quadrangular grid in which the two rows F1-F2 are arranged spaced apart at a distance of about 25 cm and in which two accelerometric sensors adjacent to the inside the same row F1, F2 are arranged spaced apart at a distance of 30 cm.

Nel particolare esempio rappresentato la porzione della parete di volta 3 visibile in figura 2 Ã ̈ caratterizzata dalla presenza di una fessura 7 da monitorare. Tale fessura 7 si estende parzialmente nello spessore della parete 3 approssimativamente trasversalmente alla direzione di prevalente estensione longitudinale del binario 2. In questo caso, come rappresentato in figura 2, Ã ̈ conveniente prevedere nel sistema di monitoraggio 1 almeno un primo ed almeno un secondo sensore accelerometrico disposti da lati opposti della parete 3 rispetto alla fessura 7 da monitorare. Nel particolare esempio rappresentato, alla porzione di parete 3 sono applicati due gruppi di quattro sensori accelerometrici ciascuno disposto da lati opposti rispetto alla fessura 7, rispettivamente un primo gruppo di sensori S3, S4, S8, S9 ed un secondo gruppo di sensori S2, S5, S6, S7. In the particular example shown, the portion of the vault wall 3 visible in Figure 2 is characterized by the presence of a slot 7 to be monitored. This slot 7 partially extends into the thickness of the wall 3 approximately transversely to the direction of prevalent longitudinal extension of the track 2. In this case, as shown in Figure 2, it is convenient to provide at least a first and at least a second sensor in the monitoring system 1 accelerometer arranged on opposite sides of the wall 3 with respect to the slot 7 to be monitored. In the particular example shown, two groups of four accelerometric sensors are applied to the portion of the wall 3, each arranged on opposite sides with respect to the slot 7, respectively a first group of sensors S3, S4, S8, S9 and a second group of sensors S2, S5 , S6, S7.

Uno dei sensori accelerometrici, nell’esempio il sensore S3, à ̈ schematicamente rappresentato in figura 3. In tale figura il sensore S3 à ̈ mostrato applicato alla parete 3 della struttura 1. Si tenga presente che il disegno di figura 3 non à ̈ in scala, avendo il solo scopo di aiutare a comprendere più chiaramente le caratteristiche e le funzionalità di un sensore accelerometrico S3. I restanti sensori accelerometrici S2, S4-S9 della rete di acquisizione dati S possono essere realizzati in maniera del tutto analoga al sensore S3 che sarà di seguito descritto. One of the accelerometric sensors, in the example the sensor S3, is schematically represented in figure 3. In this figure the sensor S3 is shown applied to the wall 3 of structure 1. It should be borne in mind that the drawing in figure 3 is not to scale, with the sole purpose of helping to understand more clearly the characteristics and functions of an S3 accelerometric sensor. The remaining accelerometric sensors S2, S4-S9 of the data acquisition network S can be made in a completely similar way to the sensor S3 which will be described below.

Il sensore S3 comprende preferibilmente una piastra di fissaggio e supporto 30 comprendente uno o più elementi di fissaggio essenzialmente cuneiformi 31, aventi una porzione di estremità appuntita, destinata ad essere conficcata nella parete 3, una seconda contrapposta porzione di estremità fissata alla piastra e di fissaggio e supporto 30. The sensor S3 preferably comprises a fixing and support plate 30 comprising one or more essentially wedge-shaped fixing elements 31, having a pointed end portion, intended to be driven into the wall 3, a second opposite end portion fixed to the plate and for fixing and support 30.

Il sensore S3 comprende inoltre un alloggiamento 34 fissato o fissabile alla piastra di fissaggio e supporto 30. L’alloggiamento 34 ospita al proprio interno un circuito 35 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati. Preferibilmente, l’alloggiamento 34 à ̈ un contenitore scatolare, più preferibilmente realizzato in materiale plastico rigido, ad esempio in policarbonato. L’alloggiamento 34 à ̈ convenientemente dotato di mezzi sigillanti atti ad impedire l’infiltrazione di umidità/acqua all’interno dello stesso ed à ̈ ad esempio in tal senso caratterizzato da un grado di protezione IP65. The sensor S3 also comprises a housing 34 fixed or fixable to the fixing plate and support 30. The housing 34 houses internally a data acquisition and transmission / reception circuit 35. Preferably, the housing 34 is a box-like container, more preferably made of rigid plastic material, for example of polycarbonate. Housing 34 is conveniently equipped with sealing means designed to prevent the infiltration of humidity / water inside it and is, for example, characterized by an IP65 degree of protection.

In accordo ad una forma di realizzazione, l’alloggiamento 34 à ̈ fissabile, ad esempio mediante viti e simili (non mostrati in figura), alla piastra di fissaggio e supporto 30. Questo consente ad esempio di fissare alla parete 3 prima la piastra di fissaggio e supporto 30, ad esempio utilizzando la stessa piastra 30 come testa di battuta per conficcare gli elementi di fissaggio a cuneo 31 nella parete 3, e di fissare successivamente l’alloggiamento 34 alla piastra di fissaggio e supporto 30. According to an embodiment, the housing 34 can be fixed, for example by means of screws and the like (not shown in the figure), to the fixing plate and support 30. This allows for example to fix the plate to the wall 3 first. fixing and support 30, for example by using the same plate 30 as an abutment head to drive the wedge-shaped fastening elements 31 into the wall 3, and to subsequently fasten the housing 34 to the fastening and support plate 30.

Vantaggiosamente, il circuito 35 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprende un trasduttore accelerometrico 36 a semiconduttore atto a fornire in uscita un segnale accelerometrico in risposta a vibrazioni meccaniche della struttura in muratura 1 quando il sensore accelerometrico S3 Ã ̈ fissato ad una parete 3 di detta struttura 1. Advantageously, the data acquisition and transmission / reception circuit 35 comprises a semiconductor accelerometric transducer 36 adapted to output an accelerometric signal in response to mechanical vibrations of the masonry structure 1 when the accelerometric sensor S3 is fixed to a wall 3 of said structure 1.

Preferibilmente, il trasduttore accelerometrico 36 à ̈ un trasduttore triassiale atto a rilevare tre componenti di un vettore di accelerazione lungo tre assi fra loro ortogonali. In una forma di realizzazione particolarmente preferita, il trasduttore accelerometrico 36 à ̈ un trasduttore inerziale e triassiale MEMS (acronimo di Micro Electro Mechanical System) munito di un convertitore A/D interno ed atto a fornire direttamente in uscita un segnale digitale di accelerazione recante informazioni sulle tre componenti di un vettore di accelerazione. Ad esempio, tale convertitore à ̈ un convertitore a 12bit con uscita digitale configurabile SPI/I2C slave. Preferibilmente, il trasduttore 36 à ̈ un trasduttore ad alta risoluzione avente ad esempio un range di misura selezionabile fra ±2g e ±6g ed una sensibilità di 1024count/g (in modalità ±2g) o di 340count/g (in modalità ±6g). Un trasduttore del tipo sopra descritto à ̈ prodotto dalla StMicroelectronicsâ„¢ ed à ̈ commercializzato con la sigla LIS3LV02DQ. Preferably, the accelerometric transducer 36 is a triaxial transducer adapted to detect three components of an acceleration vector along three mutually orthogonal axes. In a particularly preferred embodiment, the accelerometric transducer 36 is an inertial and triaxial MEMS transducer (acronym for Micro Electro Mechanical System) equipped with an internal A / D converter and able to directly output a digital acceleration signal bearing information on the three components of an acceleration vector. For example, this converter is a 12bit converter with configurable digital output SPI / I2C slave. Preferably, the transducer 36 is a high resolution transducer having for example a selectable measurement range between ± 2g and ± 6g and a sensitivity of 1024count / g (in ± 2g mode) or 340count / g (in ± 6g mode) . A transducer of the type described above is produced by StMicroelectronicsâ „¢ and is marketed under the initials LIS3LV02DQ.

In accordo ad una forma di realizzazione, il circuito 35 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprende inoltre un circuito di controllo ed elaborazione 32, preposto al controllo ed alla gestione del trasduttore 36 ed eventualmente preposto ad elaborare, o pre-elaborare, i dati forniti in uscita dal trasduttore accelerometrico 36. Ad esempio, il circuito di controllo ed elaborazione 32 comprende un microcontrollore ed una memoria, ad esempio una memoria RAM, esterna al microcontrollore. According to an embodiment, the data acquisition and transmission / reception circuit 35 further comprises a control and processing circuit 32, responsible for controlling and managing the transducer 36 and possibly for processing, or pre-processing, the data provided at the output of the accelerometric transducer 36. For example, the control and processing circuit 32 comprises a microcontroller and a memory, for example a RAM memory, external to the microcontroller.

Preferibilmente, il sensore accelerometrico S3 comprende inoltre una sorgente interna di alimentazione, quale ad esempio una batteria o un pacco di batterie 33, per l’alimentazione del circuito 35 di acquisizione e trasmissione/ricezione dati. Preferably, the accelerometric sensor S3 further comprises an internal power source, such as for example a battery or a battery pack 33, for powering the data acquisition and transmission / reception circuit 35.

Il circuito 35 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprende inoltre una interfaccia di comunicazione bidirezionale 37, 38 per la ricezione e la trasmissione di dati a distanza. Preferibilmente, tale interfaccia di comunicazione bidirezionale 37, 38 comprende un transceiver wireless 37 supportante un protocollo di trasmissione/ricezione di dati a pacchetto e munito inoltre di una funzionalità cosiddetta “wake on radio†per il polling automatico in ricezione. Preferibilmente, tale transceiver wireless 37 comprende una antenna di tipo ad elica ad 1⁄4 d’onda di dimensioni relativamente ridotte e tale da poter essere alloggiata all’interno del contenitore 34. The data acquisition and transmission / reception circuit 35 further comprises a bidirectional communication interface 37, 38 for remote data reception and transmission. Preferably, this bidirectional communication interface 37, 38 comprises a wireless transceiver 37 supporting a packet data transmission / reception protocol and also equipped with a so-called â € œwake on radioâ € functionality for automatic polling in reception. Preferably, this wireless transceiver 37 comprises a 1⁄4 wave helix antenna of relatively small size and such that it can be housed inside the container 34.

In accordo ad una ulteriore forma di realizzazione, l’interfaccia di comunicazione bidirezionale 37, 38 comprende inoltre un transceiver per la trasmissione dati su cavo, preferibilmente un transceiver RS485 a cui à ̈ associato un connettore 38. According to a further embodiment, the bidirectional communication interface 37, 38 further comprises a transceiver for data transmission on cable, preferably an RS485 transceiver to which a connector 38 is associated.

In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, il circuito di controllo ed elaborazione 32 à ̈ programmato per ricevere dal trasduttore accelerometrico 36 dati relativi alle tre componenti di accelerazione di un vettore di accelerazione rilevate dal trasduttore accelerometrico 36 per ottenere un segnale accelerometrico digitale i cui campioni rappresentano il modulo di detto vettore di accelerazione. In una forma di realizzazione alternativa, l’elaborazione sopra descritta non à ̈ effettuata presso il sensore S3 tramite il circuito di controllo ed elaborazione 32 ma à ̈ effettuata all’esterno del sensore S3, ad esempio presso l’unità di elaborazione dati locale 4 o presso una unità di elaborazione remota, ad esempio dislocata in una centrale remota di controllo. According to an advantageous embodiment, the control and processing circuit 32 is programmed to receive from the accelerometric transducer 36 data relating to the three acceleration components of an acceleration vector detected by the accelerometric transducer 36 to obtain a digital accelerometric signal whose samples represent the modulus of said acceleration vector. In an alternative embodiment, the processing described above is not carried out at the sensor S3 through the control and processing circuit 32 but is carried out outside the sensor S3, for example at the processing unit local data 4 or at a remote processing unit, for example located in a remote control center.

Come già indicato in precedenza, il sistema di monitoraggio comprende una unità di elaborazione dati 4, locale o remota, atta a ricevere i segnali (ed in pratica i dati) accelerometrici acquisiti dalla rete di acquisizione dati S ed elaborare tali segnali o dati per monitorare l’insorgere nella struttura 1 di nuove fessure o l’evoluzione di fessure preesistenti. As previously indicated, the monitoring system comprises a data processing unit 4, local or remote, suitable for receiving the accelerometric signals (and in practice the data) acquired by the data acquisition network S and processing such signals or data to monitor the emergence of new cracks in structure 1 or the evolution of pre-existing cracks.

Vantaggiosamente, l’unità di elaborazione dati 4 à ̈ tale da processare i segnali accelerometrici acquisiti, per calcolare per ciascuna coppia di sensori un dato correlato al ritardo di propagazione fra la coppia di sensori delle vibrazioni meccaniche prodotte in risposta ad una stessa sollecitazione meccanica. Inoltre, l’unita di elaborazione dati 4 à ̈ programmata per analizzare i dati calcolati come sopra indicato per rilevare una possibile insorgenza di una nuova fessura nella struttura 1 o una evoluzione di una fessura pre-esistente. Prove sperimentali hanno infatti dimostrato che à ̈ possibile monitorare lo stato fessurativo di una struttura in muratura valutando i ritardi temporali, o meglio gli sfasamenti temporali, fra segnali accelerometici forniti da due sensori distinti e distanziati fra loro. In genere quanto appena sopra esposto à ̈ ampliabile al monitoraggio di altri tipi di alterazioni di una struttura/infrastruttura. Advantageously, the data processing unit 4 is such as to process the acquired accelerometric signals, to calculate for each pair of sensors a datum correlated to the propagation delay between the pair of sensors of the mechanical vibrations produced in response to the same mechanical stress. . Furthermore, the data processing unit 4 is programmed to analyze the calculated data as indicated above to detect a possible emergence of a new crack in the structure 1 or an evolution of a pre-existing crack. Experimental tests have in fact shown that it is possible to monitor the cracking state of a masonry structure by evaluating the time delays, or rather the time displacements, between accelerometric signals provided by two distinct and spaced sensors. In general, the above can be extended to monitor other types of alterations to a structure / infrastructure.

Per fare un esempio pratico, con riferimento alle figure 1 e 2, si ipotizzi che la struttura 1 sia sollecitata e messa in vibrazione da un convoglio ferroviario transitante nel verso della freccia D1. Sperimentalmente, si à ̈ osservato che se nella struttura 1 à ̈ presente una fessura 7 fra il primo gruppo di sensori accelerometrici S2, S5, S6, S7 ed il secondo gruppo di sensori accelerometrici S3, S4, S8, S9, il primo gruppo di sensori S2, S5, S6, S7 a monte della fessura (la definizione “a monte†à ̈ data in relazione al verso di transito D1 del convoglio ferroviario) percepirà le vibrazioni della struttura 1 in anticipo rispetto al secondo gruppo di sensori accelerometrici S3, S4, S8, S9 a valle della fessura 7 (anche la definizione “a valle†à ̈ data in relazione al verso di transito D1 del convoglio ferroviario). Si à ̈ osservato, inoltre, che a meno che la struttura in muratura 1 non presenti particolari disomogeneità, i sensori di uno stesso gruppo rispondono approssimativamente simultaneamente alle vibrazioni meccaniche della struttura 1 prodotte da una stessa sollecitazione meccanica, cioà ̈ forniscono in uscita segnali solo leggermente ritardati fra loro. In altre parole, due sensori accelerometrici disposti da uno stesso lato rispetto alla fessura 7 rispondono alle vibrazioni meccaniche della struttura 1 fornendo in uscita segnali aventi fra loro un ritardo relativamente contenuto, mentre due sensori accelerometrici disposti da lati opposti rispetto alla fessura 7 rispondono a tali vibrazioni fornendo in uscita segnali aventi fra loro un ritardo relativamente elevato. To give a practical example, with reference to Figures 1 and 2, it is assumed that the structure 1 is stressed and vibrated by a railway train passing in the direction of the arrow D1. Experimentally, it has been observed that if in structure 1 there is a slot 7 between the first group of accelerometric sensors S2, S5, S6, S7 and the second group of accelerometric sensors S3, S4, S8, S9, the first group of accelerometric sensors sensors S2, S5, S6, S7 upstream of the slot (the definition `` upstream '' is given in relation to the transit direction D1 of the railway train) will perceive the vibrations of structure 1 in advance of the second group of accelerometric sensors S3 , S4, S8, S9 downstream of slot 7 (also the definition â € œdownstreamâ € is given in relation to the transit direction D1 of the railway train). It has also been observed that unless the masonry structure 1 does not present particular inhomogeneities, the sensors of the same group respond approximately simultaneously to the mechanical vibrations of the structure 1 produced by the same mechanical stress, that is to say they supply signals only slightly delayed between them. In other words, two accelerometric sensors arranged on the same side with respect to the slot 7 respond to the mechanical vibrations of the structure 1 by supplying signals having a relatively low delay between them, while two accelerometric sensors arranged on opposite sides with respect to the slot 7 respond to these vibrations by supplying at the output signals having a relatively high delay between them.

Inoltre, nel caso in cui i sensori accelerometrici S2-S9 includano un trasduttore triassiale 36, si à ̈ osservato che attraverso l’analisi del modulo dei dati di accelerazione vettoriale forniti dai trasduttori accelerometrici à ̈ possibile ottenere una indicazione abbastanza fedele del ritardo di propagazione delle vibrazioni meccaniche fra un sensore accelerometrico e l’altro. Furthermore, in the case in which the S2-S9 accelerometric sensors include a triaxial transducer 36, it has been observed that through the analysis of the module of the vector acceleration data provided by the accelerometric transducers it is possible to obtain a fairly accurate indication of the delay of propagation of mechanical vibrations between one accelerometric sensor and another.

Quanto sopra esposto à ̈ riscontrabile nei grafici riportati nelle figure 5, 6 e 7, ottenuti tramite misure sperimentali, in cui à ̈ rappresentato l’andamento temporale del modulo del vettore di accelerazione rilevato rispettivamente dai sensori S3, S4 ed S5 a seguito di una sollecitazione meccanica di un ponte ferroviario 1 del tipo rappresentato in figura 1, in cui tale sollecitazione à ̈ causata da un treno che avanza nel verso della freccia D1 ed in cui i sensori sono disposti come in figura 2 rispetto ad una frattura 7 presente sulla parete interna di volta 3 del ponte ferroviario 1. Nei grafici, in ascisse sono indicati i numeri progressivi dei campioni digitali dei segnali acquisiti tramite i sensori accelerometrici ed in ordinate sono indicati i valori dei corrispondenti moduli di accelerazione rilevata. In particolare, i grafici riportati nelle figure 5-7 si riferiscono alle porzioni di segnali comprendenti le prime due oscillazioni significative del transitorio di innesco della vibrazione meccanica del ponte ferroviario 1. The above can be seen in the graphs shown in figures 5, 6 and 7, obtained through experimental measurements, which show the time course of the acceleration vector modulus detected by sensors S3, S4 and S5 respectively following a mechanical stress on a railway bridge 1 of the type shown in Figure 1, in which this stress is caused by a train advancing in the direction of the arrow D1 and in which the sensors are arranged as in Figure 2 with respect to a fracture 7 present on the internal wall of vault 3 of the railway bridge 1. In the graphs, the progressive numbers of the digital samples of the signals acquired by the accelerometric sensors are indicated in the abscissas and the values of the corresponding acceleration modules detected are indicated in the ordinates. In particular, the graphs shown in Figures 5-7 refer to the portions of signals comprising the first two significant oscillations of the transient triggering of the mechanical vibration of the railway bridge 1.

Si potrà apprezzare come mentre nei grafici delle figure 5 e 6, che si riferiscono a dati di accelerazione acquisiti tramite i sensori S3 e S4 che sono disposti da uno stesso lato rispetto alla frattura 7, le oscillazioni presentano un profilo temporale sostanzialmente sincrono, nel grafico di figura 7 le oscillazioni presentano uno sfasamento temporale rispetto alle oscillazioni rappresentate nei grafici delle figure 5 e 6. Tenuto conto che il verso di percorrenza del treno à ̈ quello indicato dalla freccia D1 (figura 1), interpretando i grafici delle figure 5-7 si intuisce dunque come il sensore accelerometrico S5 percepisca in anticipo, rispetto ai sensori accelerometrici S3 ed S4, l’innesco della vibrazione meccanica del ponte ferroviario 1. Più in particolare, si può osservare come, mentre la prima oscillazione significativa rilevata tramite il sensore S5 (figura 7) sia approssimativamente centrata attorno al campione numero 800, la prima oscillazione significativa rilevata tramite i sensori S3 ed S4 sia approssimativamente centrata attorno al campione numero 900. Dunque, nel particolare esempio rappresentato lo sfasamento fra i segnali à ̈ di circa un centinaio di campioni e corrisponde, nelle condizioni in cui à ̈ stata svolta la sperimentazione, ad un ritardo temporale di circa 0,16 secondi. It will be appreciated that while in the graphs of figures 5 and 6, which refer to acceleration data acquired through sensors S3 and S4 which are arranged on the same side with respect to fracture 7, the oscillations have a substantially synchronous time profile, in the graph in figure 7 the oscillations have a time lag with respect to the oscillations represented in the graphs of figures 5 and 6. Considering that the direction of travel of the train is that indicated by the arrow D1 (figure 1), interpreting the graphs of figures 5-7 it is therefore possible to understand how the accelerometric sensor S5 perceives in advance, compared to the accelerometric sensors S3 and S4, the triggering of the mechanical vibration of the railway bridge 1. More specifically, it can be observed how, while the first significant oscillation detected by the sensor S5 (figure 7) is approximately centered around sample number 800, the first significant oscillation detected t If the sensors S3 and S4 are approximately centered around sample number 900. Therefore, in the particular example represented, the phase shift between the signals is approximately one hundred samples and corresponds, in the conditions in which the experimentation was carried out, to a time delay of about 0.16 seconds.

In accordo ad una forma di realizzazione attualmente preferita, il dato calcolato dall’unità di elaborazione 4 per ciascuna coppia di segnali à ̈ un indice di similitudine dei profili temporali di detti segnali, più preferibilmente, dei profili temporali dei moduli delle accelerazioni acquisite dai corrispondenti sensori. According to a currently preferred embodiment, the data calculated by the processing unit 4 for each pair of signals is a similarity index of the time profiles of said signals, more preferably, of the time profiles of the modules of the accelerations acquired by the corresponding sensors.

In accordo ad una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, il suddetto dato à ̈ calcolato per ciascuna coppia di segnali effettuando una operazione di correlazione fra ciascuna coppia di segnali ed à ̈ in pratica, per ciascuna coppia di segnali, un dato numerico scalare rappresentativo della correlazione temporale, e dunque in questo caso rappresentativo al ritardo, fra detta coppia di segnali. According to a particularly advantageous embodiment, the aforementioned datum is calculated for each pair of signals by carrying out a correlation operation between each pair of signals and is in practice, for each pair of signals, a scalar numerical datum representative of the correlation temporal, and therefore in this case representative of the delay, between said pair of signals.

Ad esempio, con riferimento alla figura 4, à ̈ mostrata una struttura dati 40, implementata nell’unità di elaborazione 4, nella forma di una matrice 40 bidimensionale di dimensioni N_sens x N_sam, in cui N_sens à ̈ il numero di sensori della rete di acquisizione dati S ed in cui N_sam à ̈ il numero di campioni digitali della porzione temporale dei segnali accelerometrici da processare. La matrice 40 à ̈ adatta e destinata a contenere in ciascuna colonna V2-V9 una sequenza, cioà ̈ un vettore, di campioni digitali di una porzione di un segnale accelerometrico fornito da un rispettivo sensore S2-S9. Ad esempio, nella colonna V2 sono contenuti N_sam campioni digitali del segnale accelerometrico fornito dal sensore S2, nella colonna V3 sono contenuti N_sam campioni digitali del segnale accelerometrico fornito dal sensore S3 e così via. Preferibilmente, i campioni digitali memorizzati nella struttura dati 40 rappresentano campioni del modulo del vettore di accelerazione acquisiti durante un dato intervallo temporale da ciascun sensore. In una forma di realizzazione alternativa, i campioni digitali memorizzati nella struttura dati 40 rappresentano campioni di una componente del vettore di accelerazione acquisiti da ciascun sensore durante un dato intervallo temporale. For example, with reference to Figure 4, a data structure 40 is shown, implemented in the processing unit 4, in the form of a two-dimensional matrix 40 of dimensions N_sens x N_sam, in which N_sens is the number of sensors in the network of data acquisition S and in which N_sam is the number of digital samples of the temporal portion of the accelerometric signals to be processed. The matrix 40 is suitable and intended to contain in each column V2-V9 a sequence, that is a vector, of digital samples of a portion of an accelerometric signal supplied by a respective sensor S2-S9. For example, column V2 contains N_sam digital samples of the accelerometric signal supplied by sensor S2, column V3 contains N_sam digital samples of the accelerometric signal supplied by sensor S3 and so on. Preferably, the digital samples stored in the data structure 40 represent samples of the acceleration vector modulus acquired during a given time interval by each sensor. In an alternative embodiment, the digital samples stored in the data structure 40 represent samples of an acceleration vector component acquired by each sensor during a given time interval.

Secondo una forma di realizzazione vantaggiosa, l’operazione di correlazione à ̈ realizzata in accordo o in modo analogo alla funzione xcorr(X, shift, coeff) di Matlabâ„¢, in cui X rappresenta la matrice 40 dei dati da processare. La funzione xcorr di Matlabâ„¢ consente di calcolare il valore di correlazione fra tutte le possibili coppie di colonne V2-V9 (o vettori colonna) della matrice X, con la possibilità di impostare uno sfasamento fra i vettori variando il parametro shift e con la possibilità di effettuare una normalizzazione attraverso il parametro coeff. In accordo ad una forma di realizzazione particolarmente preferita, la correlazione viene effettuata senza sfalsare fra loro i segnali accelerometrici, e dunque nel presente esempio impostando shift = 0. In pratica, à ̈ possibile calcolare tramite la funzione xcorr, come sopra indicato, per ciascuna coppia di segnali (e dunque di rispettivi sensori) un valore scalare che rappresenta un indice di similitudine fra i segnali o, in altre parole, un dato rappresentativo dello sfasamento o ritardo temporale fra i segnali. According to an advantageous embodiment, the correlation operation is carried out in accordance with or analogous to the Matlabâ „¢ function xcorr (X, shift, coeff), in which X represents the matrix 40 of the data to be processed. The xcorr function of Matlabâ „¢ allows to calculate the correlation value between all the possible pairs of columns V2-V9 (or column vectors) of the matrix X, with the possibility of setting a phase shift between the vectors by varying the shift parameter and with the possibility to perform a normalization through the parameter coeff. According to a particularly preferred embodiment, the correlation is carried out without staggering the accelerometric signals from each other, and therefore in the present example by setting shift = 0. In practice, it is possible to calculate through the function xcorr, as indicated above, for each pair of signals (and therefore of respective sensors) a scalar value that represents an index of similarity between the signals or, in other words, a datum representative of the phase shift or time delay between the signals.

In figura 8, sono riportati i dati calcolati mediante alla suddetta operazione di correlazione xcorr per una sperimentazione effettuata nelle stesse condizioni già dettagliate per i grafici delle figure 5-7. Tale correlazione à ̈ stata calcolata fra vettori colonna V2-V9 aventi ciascuno 250 campioni, in particolare con riferimento alle figure 5-7, fra vettori colonna V2-V9 corrispondenti all’intervallo di campioni compreso fra il campione 700 ed il campione numero 950. Questo equivale a dire che nell’effettuare il calcolo di correlazione à ̈ stato preso in considerazione quanto acquisito dai sensori accelerometrici S2-S9 in un intervallo temporale di durata limitata, sostanzialmente centrato attorno alla prima oscillazione significativa (così come percepita dai primi sensori investiti dalla vibrazione meccanica, in questo caso dai sensori a destra della frattura 7 in figura 2) del transitorio di innesco ed avente una durata temporale approssimativamente pari alla durata temporale di tale prima oscillazione significativa. In una forma di realizzazione alternativa, potrebbero essere prese in considerazione più oscillazioni significative del transitorio di innesco o di estinzione della vibrazione meccanica o una oscillazione significativa successiva alla prima ma facente parte delle prime oscillazioni del transitorio di innesco. Si tenga presente, che un esperto del settore potrà programmare l’unità di elaborazione dati 4 in modo che questa sia automaticamente in grado di selezionare l’intervallo di campioni da processare tendendo conto delle considerazioni appena esposte relative alla convenienza di una opportuna scelta di tale intervallo. Figure 8 shows the data calculated by means of the above correlation operation xcorr for an experiment carried out under the same conditions already detailed for the graphs of Figures 5-7. This correlation was calculated between column vectors V2-V9 each having 250 samples, in particular with reference to Figures 5-7, between column vectors V2-V9 corresponding to the sample interval between sample 700 and sample number 950 . This is equivalent to saying that in carrying out the correlation calculation, what was acquired by the S2-S9 accelerometric sensors in a time interval of limited duration, essentially centered around the first significant oscillation (as perceived by the first sensors affected by the mechanical vibration, in this case by the sensors to the right of the fracture 7 in Figure 2) of the trigger transient and having a temporal duration approximately equal to the temporal duration of this first significant oscillation. In an alternative embodiment, several significant oscillations of the triggering or extinguishing transient of the mechanical vibration or one significant oscillation subsequent to the first but forming part of the first oscillations of the triggering transient could be considered. It should be borne in mind that an expert in the sector will be able to program the data processing unit 4 so that it is automatically able to select the range of samples to be processed taking into account the above considerations relating to the convenience of an appropriate choice of that interval.

Ritornando alla figura 8, nel grafico ivi riportato non sono stati presi in considerazione i dati acquisiti dai sensori S2 ed S8 (che per questo motivo sono stati rappresentati con linee tratteggiate in figura 2), in quanto questi sensori durante la sperimentazione hanno avuto dei malfunzionamenti. In figura 8 con C3-4 à ̈ indicato il valore di correlazione calcolato effettuando la correlazione (mediante la sopra citata funzione xcorr di Matlabâ„¢) fra dati acquisiti dal sensore S3 e dati acquisiti dal sensore S4, con C3-6 il valore di correlazione calcolato effettuando la correlazione fra dati acquisiti dal sensore S3 e dati acquisiti dal sensore S6, con C3-7 il valore di correlazione calcolato effettuando la correlazione fra dati acquisiti dal sensore S3 e dati acquisiti dal sensore S7, con C3-9 il valore di correlazione calcolato effettuando la correlazione fra dati acquisiti dal sensore S3 e dati acquisiti dal sensore S9, con C4-3 il valore di correlazione ottenuto effettuando la correlazione fra dati acquisiti dal sensore S4 e dati acquisiti dal sensore S3, e così via per la altre possibili coppie di sensori. Si può notare chiaramente come anche il grafico di figura 8 confermi quanto già esposto in precedenza, cioà ̈ che sensori che si trovano da uno stesso lato della fessura 7 producono segnali aventi fra loro una correlazione relativamente elevata (dunque uno sfasamento temporale relativamente ridotto) mentre sensori che si trovano da lati opposti rispetto alla fessura 7 producono segnali aventi fra loro una correlazione relativamente ridotta (dunque uno sfasamento temporale relativamente elevato). Returning to figure 8, the data acquired by sensors S2 and S8 (which for this reason were represented with dashed lines in figure 2) were not taken into consideration in the graph shown, as these sensors had malfunctions during the experimentation. . In figure 8, C3-4 indicates the correlation value calculated by making the correlation (by means of the aforementioned Matlabâ „¢ xcorr function) between data acquired by sensor S3 and data acquired by sensor S4, with C3-6 the value of correlation calculated by correlating data acquired by sensor S3 and data acquired by sensor S6, with C3-7 the correlation value calculated by correlating data acquired by sensor S3 and data acquired by sensor S7, with C3-9 the value of correlation calculated by correlating data acquired by sensor S3 and data acquired by sensor S9, with C4-3 the correlation value obtained by correlating data acquired by sensor S4 and data acquired by sensor S3, and so on for the other possible pairs of sensors. It can be clearly seen that the graph in figure 8 also confirms what has already been stated above, i.e. that sensors located on the same side of the slot 7 produce signals having a relatively high correlation between them (therefore a relatively small time lag) while sensors located on opposite sides with respect to the slot 7 produce signals having a relatively low correlation between them (hence a relatively high time lag).

In figura 9 à ̈ riportato un grafico in cui sono indicati i valori di correlazione calcolati nelle stesse condizioni già dettagliate per il grafico di figura 8, ed i cui i risultati della correlazione sono riportati nella stessa sequenza del grafico di figura 8, con l’unica differenza che le operazioni di calcolo della correlazione che hanno prodotto i risultati di figura 9 sono state effettuate prendendo in considerazione vettori colonna V2-V9 relativi all’intervallo di campioni compreso fra il campione 500 ed il campione numero 800, dunque corrispondenti ad un intervallo di campioni non centrato attorno alla prima oscillazione significativa del transitorio di innesco della vibrazione. Come si potrà osservare dal confronto fra le figure 8 e 9, in questo caso le differenze fra valori elevati di correlazione e valori ridotti di correlazione sono meno marcate, da cui si rileva come sia conveniente una scelta opportuna dell’intervallo di campioni acquisiti da processare per effettuare il calcolo dei valori di correlazione. Figure 9 shows a graph showing the correlation values calculated under the same conditions already detailed for the graph in Figure 8, and whose correlation results are reported in the same sequence as the graph in Figure 8, with the ™ the only difference is that the correlation calculation operations that produced the results of figure 9 were carried out taking into consideration column vectors V2-V9 relating to the sample interval between sample 500 and sample number 800, therefore corresponding to a sample range not centered around the first significant oscillation of the vibration trigger transient. As can be seen from the comparison between figures 8 and 9, in this case the differences between high correlation values and low correlation values are less marked, from which it can be seen that an appropriate choice of the range of samples acquired by process to calculate the correlation values.

Alla luce di quanto sopra esposto, à ̈ chiaro inoltre che per individuare la presenza di nuove fessure à ̈ sufficiente processare come sopra descritto i segnali forniti dai sensori in risposta ad una stessa sollecitazione meccanica (analisi istantanea) della struttura in muratura 1 e che per monitorare nel tempo l’evoluzione di una fessura preesistente sia conveniente confrontare valori di correlazione fra segnali accelerometrici acquisiti da una stessa coppia di sensori disposti da lati opposti rispetto alla fessura in risposta a sollecitazioni della struttura 1 successive e distanziate nel tempo (analisi storica), ad esempio aventi una cadenza periodica giornaliera o settimanale o mensile, ecc.. In light of the above, it is also clear that to identify the presence of new cracks it is sufficient to process the signals supplied by the sensors in response to the same mechanical stress (instantaneous analysis) of the masonry structure 1 as described above and that for to monitor the evolution of a pre-existing crack over time it is convenient to compare correlation values between accelerometric signals acquired by the same pair of sensors arranged on opposite sides with respect to the crack in response to subsequent and spaced stresses of the structure 1 (historical analysis) , for example having a periodic daily or weekly or monthly frequency, etc ..

In accordo ad una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, nel caso specifico di un ponte ferroviario, o in genere di una qualsiasi altra struttura o infrastruttura ferroviaria, la suddetta analisi storica viene effettuata acquisendo misure tramite i sensori in risposta ai successivi passaggi (giornalieri, settimanali, ecc.) di uno stesso convoglio ferroviario. Come già in parte anticipato, nella rete di acquisizione S, soprattutto nel caso in cui quest’ultima sia una rete wireless, à ̈ possibile inoltre prevedere un sensore, o in genere anche unità dedicata, che agisca da unità master per i sensori della rete (unità slave), in modo da coordinare l’acquisizione dei dati da parte di questi ed eventualmente anche la raccolta dei segnali forniti da tali unità slave o in genere la gestione ed il controllo delle unità slave. In accordance with a particularly advantageous embodiment, in the specific case of a railway bridge, or in general of any other railway structure or infrastructure, the aforementioned historical analysis is carried out by acquiring measurements through sensors in response to subsequent passages (daily, weekly , etc.) of the same railway train. As already partially anticipated, in the acquisition network S, especially if the latter is a wireless network, it is also possible to provide a sensor, or generally also a dedicated unit, which acts as a master unit for the sensors of the network (slave unit), in order to coordinate the acquisition of data by these and possibly also the collection of the signals supplied by these slave units or in general the management and control of the slave units.

Sempre nel caso specifico di una struttura/infrastruttura ferroviaria 1, à ̈ possibile prevedere nel sistema di monitoraggio una unità 5 (ad esempio una fotocellula) atta a rilevare automaticamente il passaggio di un treno per l’avvio / arresto dell’acquisizione dei dati accelerometrici. Again in the specific case of a railway structure / infrastructure 1, it is possible to provide in the monitoring system a unit 5 (for example a photocell) capable of automatically detecting the passage of a train for the start / stop of the acquisition of accelerometric data.

Sempre nel caso specifico di una struttura o infrastruttura ferroviaria, in cui le sollecitazioni sono prodotte dal transito di un mezzo ferroviario, à ̈ possibile prevedere nel sistema di monitoraggio un dispositivo (non mostrato nelle figure) atto a rilevare la velocità del mezzo ferroviario, in modo che l’analisi storica sia effettuata relativamente a dati di correlazione ottenuti relativamente a sollecitazioni prodotte dal transito di mezzi aventi velocità simili fra loro. Again in the specific case of a railway structure or infrastructure, in which the stresses are produced by the transit of a railway vehicle, it is possible to provide in the monitoring system a device (not shown in the figures) able to detect the speed of the railway vehicle, in so that the historical analysis is carried out in relation to correlation data obtained in relation to stresses produced by the transit of vehicles having similar speeds.

Si osservi inoltre che nel caso specifico di una struttura o infrastruttura ferroviaria, le sollecitazioni da applicare alla struttura sono automaticamente prodotte dal transito di mezzi ferroviari. Nel caso di strutture diverse, ad esempio nel caso di edifici, queste possono essere sollecitate dinamicamente mediante sollecitazioni di tipo impulsivo sia di natura ambientale (ad esempio prodotte dal traffico veicolare dal vento, etc) o mediante dispositivi elettromeccanici di tipo noto quali ad esempio un martello strumentato. It should also be noted that in the specific case of a railway structure or infrastructure, the stresses to be applied to the structure are automatically produced by the transit of railway vehicles. In the case of different structures, for example in the case of buildings, these can be dynamically stressed by impulsive stresses both of an environmental nature (for example produced by vehicular traffic from the wind, etc.) or by means of electromechanical devices of a known type such as for example a instrumented hammer.

In accordo ad una ulteriore forma di realizzazione, il calcolo dei dati correlati al ritardo di propagazione delle vibrazioni fra coppie di sensori à ̈ effettuato dall’unità di elaborazione 4 dopo aver elaborato i dati acquisiti dai sensori accelerometrici in modo da sottoporli ad una operazione di smoothing. Con riferimento alle figure 5-7, si osservi infatti che i dati accelerometrici acquisiti sono molto rumorosi, per cui si riscontrano delle oscillazioni ad elevata frequenza sovrapposte ad oscillazioni a frequenza ridotta. Poiché ai fini del monitoraggio delle vibrazioni di una struttura meccanica à ̈ sufficiente e conveniente osservare le vibrazioni a frequenza ridotta, risulta vantaggioso filtrare le oscillazioni a frequenza elevata. According to a further embodiment, the calculation of the data related to the propagation delay of the vibrations between pairs of sensors is carried out by the processing unit 4 after having processed the data acquired by the accelerometric sensors in order to subject them to an operation smoothing. With reference to Figures 5-7, it should in fact be observed that the acquired accelerometric data are very noisy, so that high frequency oscillations are found superimposed on reduced frequency oscillations. Since for the purpose of monitoring the vibrations of a mechanical structure it is sufficient and convenient to observe the low frequency vibrations, it is advantageous to filter the high frequency oscillations.

Questo può essere ottenuto effettuando una operazione di smoothing sui dati accelerometrici forniti dai sensori. Ad esempio, tale elaborazione à ̈ effettuata in digitale mediante un filtro FIR passa basso. Con riferimento alla figura 10 sarà ora descritto un metodo di monitoraggio 100 implementabile attraverso il sistema di monitoraggio 4, S finora descritto, tenendo presente che la maggior parte delle caratteristiche di tale metodo sono già state introdotte nella descrizione del sistema di monitoraggio 4,S e sono da ritenersi già descritte anche per il metodo 100. This can be achieved by performing a smoothing operation on the accelerometric data provided by the sensors. For example, this processing is done digitally using a low pass FIR filter. With reference to Figure 10, a monitoring method 100 that can be implemented through the monitoring system 4, S described so far will now be described, bearing in mind that most of the characteristics of this method have already been introduced in the description of the monitoring system 4, S and they are to be considered already described also for method 100.

Il metodo 100 à ̈ in particolare un metodo per il monitoraggio dello stato fessurativo di una struttura/infrastruttura 1, per rilevare l’insorgere nella struttura di una nuova alterazione e/o l’evoluzione di una alterazione pre-esistente 7. Circa le caratteristiche della struttura e l’interpretazione del termine alterazione si rimanda integralmente a quanto già descritto in precedenza con riferimento al sistema di monitoraggio. Method 100 is in particular a method for monitoring the cracking state of a structure / infrastructure 1, to detect the onset of a new alteration in the structure and / or the evolution of a pre-existing alteration 7. Approximately the characteristics of the structure and the interpretation of the term alteration can be found in full to what has already been described above with reference to the monitoring system.

Il metodo di monitoraggio 100 comprende una fase di accoppiare 101 alla struttura una rete di acquisizione dati S comprendente una schiera di sensori accelerometrici, comprendente almeno due sensori accelerometrici, rendendo detti sensori solidali ad una parete 3 della struttura 1 e disponendo detti sensori sulla parete 3 a distanza l’uno dall’altro, ciascun sensore comprendendo un trasduttore accelerometrico atto a fornire in uscita un rispettivo segnale accelerometrico in risposta a vibrazioni meccaniche della struttura. Circa le caratteristiche dei sensori e la loro disposizione si rimanda integralmente a quanto già descritto per il sistema di monitoraggio. The monitoring method 100 comprises a step of coupling 101 to the structure a data acquisition network S comprising an array of accelerometric sensors, comprising at least two accelerometric sensors, making said sensors integral with a wall 3 of the structure 1 and arranging said sensors on the wall 3 at a distance from each other, each sensor comprising an accelerometric transducer adapted to output a respective accelerometric signal in response to mechanical vibrations of the structure. Regarding the characteristics of the sensors and their arrangement, reference should be made in full to what has already been described for the monitoring system.

Il metodo di monitoraggio 100 comprende inoltre una fase 102 di acquisire presso una unità di elaborazione dati 4 segnali accelerometrici forniti da rispettivi sensori in risposta a sollecitazioni meccaniche della struttura 1 tali da produrre vibrazioni meccaniche della struttura. Circa le caratteristiche dell’unità di elaborazione dati 4 e le modalità di produrre la sollecitazione si rimanda integralmente a quanto già descritto per il sistema di monitoraggio. The monitoring method 100 further comprises a step 102 of acquiring at a data processing unit 4 accelerometric signals supplied by respective sensors in response to mechanical stresses of the structure 1 such as to produce mechanical vibrations of the structure. Regarding the characteristics of the data processing unit 4 and the methods of producing the solicitation, reference should be made in full to what has already been described for the monitoring system.

Il metodo di monitoraggio 100 comprende inoltre una fase 103 di processare tramite l’unità di elaborazione dati 4 i segnali accelerometrici acquisiti per calcolare per ciascuna coppia di sensori un dato correlato al ritardo di propagazione di vibrazioni meccaniche fra rispettivi sensori di detta coppia. The monitoring method 100 further comprises a step 103 of processing the acquired accelerometric signals through the data processing unit 4 to calculate for each pair of sensors a datum correlated to the propagation delay of mechanical vibrations between respective sensors of said pair.

Il metodo 100 comprende inoltre una fase di analizzare 104 dati calcolati per rilevare una possibile insorgenza di una nuova alterazione nella struttura o una evoluzione di una alterazione pre-esistente 7. The method 100 further comprises a step of analyzing 104 calculated data to detect a possible onset of a new alteration in the structure or an evolution of a pre-existing alteration 7.

Come già descritto per il sistema di monitoraggio, in accordo ad una forma di realizzazione preferita, il suddetto dato calcolato à ̈ un indice di similitudine fra coppie di segnali. Più preferibilmente, nella fase di processare 103 viene effettuata una operazione di correlazione temporale fra coppie di segnali per ottenere detto dato calcolato. In questo caso, il suddetto dato calcolato à ̈ dunque ottenuto dall’operazione di correlazione e si concreta in un dato numerico rappresentativo della correlazione temporale fra coppie di segnali. As already described for the monitoring system, according to a preferred embodiment, the above calculated datum is an index of similarity between pairs of signals. More preferably, in the processing step 103 a time correlation operation is carried out between pairs of signals to obtain said calculated datum. In this case, the aforementioned calculated datum is therefore obtained from the correlation operation and takes the form of a numerical datum representative of the temporal correlation between pairs of signals.

Preferibilmente, come già descritto in relazione al sistema di monitoraggio, la fase di analizzare 104 comprende una operazione di confrontare un primo dato calcolato ottenuto da una prima iterazione delle fasi di acquisire e processare 102, 103 e calcolato in base a segnali accelerometrici forniti da una prima coppia di sensori con un ulteriore dato calcolato ottenuto ad una ulteriore iterazione delle fasi di acquisire e processare 102, 103 successiva a detta prima iterazione in base a segnali forniti da detta prima coppia di sensori ad una successiva sollecitazione della struttura. Più preferibilmente, nella fase di analizzare 104 viene rilevata una possibile insorgenza di una nuova alterazione o un degradamento di una alterazione preesistente 7 interposta almeno in parte fra detta prima coppia di sensori, se da dall’operazione di confrontare il primo dato calcolato con l’ulteriore dato calcolato si rileva un incremento del ritardo di propagazione di vibrazioni meccaniche fra la prima e detta ulteriore iterazione successiva. E’ possibile inoltre prevedere una implementazione del metodo in cui à ̈ prevista in questi casi una ripetizione delle misure per confermare il risultato rilevato in modo da evitare la generazione di falsi allarmi. Preferably, as already described in relation to the monitoring system, the step of analyzing 104 comprises an operation of comparing a first calculated datum obtained from a first iteration of the steps of acquiring and processing 102, 103 and calculated on the basis of accelerometric signals provided by a first pair of sensors with a further calculated datum obtained at a further iteration of the steps of acquiring and processing 102, 103 subsequent to said first iteration on the basis of signals supplied by said first pair of sensors at a subsequent stress on the structure. More preferably, in the phase of analyzing 104 a possible onset of a new alteration or a degradation of a pre-existing alteration 7 interposed at least in part between said first pair of sensors is detected, if it allows from the operation to compare the first calculated datum with the € ™ further calculated data shows an increase in the propagation delay of mechanical vibrations between the first and said further subsequent iteration. It is also possible to provide for an implementation of the method in which in these cases a repetition of the measurements is provided to confirm the result detected in order to avoid the generation of false alarms.

In accordo ad una forma di realizzazione, la fase di processare 103 à ̈ eseguita per ogni possibile combinazione di coppie di segnali forniti dai sensori in risposta ad una stessa sollecitazione meccanica della struttura. Più preferibilmente, dopo aver eseguito le fasi di acquisire 102 e processare 103, nella fase di analizzare 104: According to an embodiment, the processing step 103 is performed for each possible combination of pairs of signals supplied by the sensors in response to the same mechanical stress of the structure. More preferably, after performing the steps of acquiring 102 and processing 103, in the step of analyzing 104:

- viene rilevata una possibile condizione di normalità, se i dati calcolati ottenuti sono indicativi di un ritardo avente un valore sostanzialmente uniforme, o - viene rilevata una possibile insorgenza di almeno una alterazione nella struttura nel caso in cui almeno uno di detti dati calcolati à ̈ indicativo di un ritardo che presenta un valore che si discosta da detto valore sostanzialmente uniforme. Anche in questo caso risulta conveniente ripetere una o più volte le misure per ottenere una conferma del risultato. - a possible condition of normality is detected, if the calculated data obtained are indicative of a delay having a substantially uniform value, or - a possible onset of at least one alteration in the structure is detected if at least one of said calculated data is indicative of a delay which has a value which differs from said substantially uniform value. Also in this case it is convenient to repeat the measurements one or more times to obtain confirmation of the result.

Nel caso in cui la parete presenti una alterazione 7 preesistente, nella fase di accoppiare 103 vengono convenientemente disposti almeno un primo ed almeno un secondo sensore da parti opposte rispetto all’alterazione 7 e più convenientemente un primo ed un secondo gruppo di sensori da parti opposte rispetto all’alterazione 7. In the event that the wall presents a pre-existing alteration 7, during the coupling 103 step, at least a first and at least a second sensor are conveniently arranged on opposite sides with respect to the alteration 7 and more conveniently a first and a second group of sensors on the sides opposite to the alteration 7.

In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, il trasduttore accelerometrico à ̈ un trasduttore triassiale atto a rilevare tre componenti di un vettore accelerazione, rispettivamente lungo rispettivi assi fra loro ortogonali, ed il metodo 100 comprende una fase di elaborare i segnali prima di effettuare la fase di processare 103 in modo che il dato di correlazione sia calcolato a partire da valori scalari rappresentativi del modulo di detto vettore di accelerazione. According to an advantageous embodiment, the accelerometric transducer is a triaxial transducer able to detect three components of an acceleration vector, respectively along respective orthogonal axes, and the method 100 comprises a phase of processing the signals before carrying out the step of processing 103 so that the correlation datum is calculated starting from scalar values representative of the modulus of said acceleration vector.

In accordo ad una ulteriore forma di realizzazione, nel metodo 100 Ã ̈ prevista una operazione di elaborare i segnali accelerometrici acquisiti dai sensori per effettuare su questi una operazione di smoothing prima di effettuare la fase di processare 103. According to a further embodiment, method 100 provides for an operation of processing the accelerometric signals acquired by the sensors to perform a smoothing operation on them before carrying out the processing step 103.

Convenientemente, la fase di processare 103 à ̈ effettuata su segnali accelerometrici acquisiti durante un intervallo temporale di durata limitata corrispondente ad un transitorio di innesco o di estinzione delle vibrazioni meccaniche della struttura. Preferibilmente, tale durata corrisponde alla durata di una delle prime oscillazioni del transitorio di innesco o una delle ultime oscillazioni del transitorio di estinzione. Più preferibilmente, tale durata corrisponde alla durata della prima oscillazione significativa del transitorio di innesco ed il suddetto intervallo à ̈ centrato rispetto a tale prima oscillazione significativa. Conveniently, the processing step 103 is carried out on accelerometric signals acquired during a time interval of limited duration corresponding to an initiation or extinction transient of the mechanical vibrations of the structure. Preferably, this duration corresponds to the duration of one of the first oscillations of the triggering transient or one of the last oscillations of the extinction transient. More preferably, this duration corresponds to the duration of the first significant oscillation of the triggering transient and the aforementioned interval is centered with respect to this first significant oscillation.

In accordo ad una possibile forma di realizzazione, la struttura 1 à ̈ una struttura di sostegno di un binario ferroviario e le sollecitazioni sono prodotte dal transito di un mezzo ferroviario su detto binario in prossimità o in corrispondenza di detta struttura. In questo caso à ̈ preferibilmente prevista inoltre una fase di rilevare automaticamente il suddetto transito per avviare automaticamente le fasi 102, 103, 104. According to a possible embodiment, the structure 1 is a support structure for a railway track and the stresses are produced by the transit of a railway vehicle on said track in proximity to or in correspondence with said structure. In this case, a step is also preferably provided for automatically detecting the aforementioned transit to automatically start the steps 102, 103, 104.

Come si può osservare in figura 10, una volta installato il sistema nella fase 101, come indicato dalla freccia 106 le fasi di acquisizione 102, processamento 103 ed analisi 104 possono essere iterate automaticamente e periodicamente, o addirittura à ̈ possibile effettuare un monitoraggio automatico in continuo della struttura 1. As can be seen in figure 10, once the system has been installed in phase 101, as indicated by arrow 106, the acquisition phases 102, processing 103 and analysis 104 can be iterated automatically and periodically, or it is even possible to perform automatic monitoring in continuous structure 1.

Inoltre, può essere eventualmente prevista una fase di segnalazione di allarme 105 nel caso in cui nella fase di analisi 104 venga rilevata una insorgenza o evoluzione di una alterazione potenzialmente rappresentativa di una condizione di rischio. Furthermore, an alarm signaling phase 105 may possibly be provided in the event that in the analysis phase 104 an onset or evolution of a potentially representative alteration of a risk condition is detected.

In base a quanto sopra descritto, Ã ̈ possibile dunque comprendere come un sistema ed un metodo come sopra descritti siano tali da risolvere gli inconvenienti sopra citati con riferimento alla tecnica nota. On the basis of what has been described above, it is therefore possible to understand how a system and a method as described above are such as to solve the aforementioned drawbacks with reference to the known art.

Il sistema ed il metodo consentono infatti di monitorare in modo efficiente differenti tipologie di strutture o infrastrutture indipendentemente dal particolare tipo di alterazioni, quali discontinuità o difetti di integrità, a cui queste sono soggette. In fact, the system and method make it possible to efficiently monitor different types of structures or infrastructures regardless of the particular type of alterations, such as discontinuities or integrity defects, to which they are subject.

Si osservi che, vantaggiosamente, il monitoraggio può essere effettuato in modo diffuso sulla struttura. It should be noted that, advantageously, the monitoring can be carried out in a widespread manner on the structure.

Il monitoraggio risulta inoltre relativamente economico, in quanto non richiede tecnologie particolarmente costose, e perché una volta installato il sistema il monitoraggio à ̈ automatico ed effettuabile in remoto, eventualmente anche in continuo e con reporting in real time, per cui l’intervento umano à ̈ limitato a sporadiche operazioni di manutenzione (ad esempio, per la sostituzione delle batterie dei sensori, se previste). L’implementazione del sistema à ̈ particolarmente economica nel caso in cui, come nell’esempio di sistema sopra descritto si impieghino trasduttori accelerometrici MEMS. Monitoring is also relatively cheap, as it does not require particularly expensive technologies, and because once the system is installed, monitoring is automatic and can be carried out remotely, possibly even continuously and with real-time reporting, so the intervention human is limited to sporadic maintenance operations (for example, to replace the batteries of the sensors, if foreseen). The implementation of the system is particularly economical if, as in the example of the system described above, MEMS accelerometric transducers are used.

Fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto à ̈ stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni. Without prejudice to the principle of the invention, the forms of implementation and construction details may be widely varied with respect to what has been described and illustrated purely by way of non-limiting example, without thereby departing from the scope of the invention as defined in the attached claims.