I sensori di vibrazione sono il cuore di qualsiasi sistema di misurazione o monitoraggio delle vibrazioni. Convertono le vibrazioni meccaniche in segnali misurabili che possono essere analizzati per valutare l’integrità strutturale, le condizioni della macchina o l’impatto ambientale. In Europa, la scelta e l’uso corretto dei sensori di vibrazione è essenziale per garantire misurazioni affidabili, interpretazioni credibili e conformità agli standard riconosciuti.
Questa pagina fornisce una panoramica strutturata e tecnologicamente indipendente dei tipi di sensori di vibrazione, delle loro differenze e dei criteri chiave per la scelta del sensore più adatto alle applicazioni edilizie e industriali.
Cos’è un sensore di vibrazioni?
Un sensore di vibrazioni è un dispositivo progettato per rilevare e misurare le oscillazioni meccaniche di una struttura, di una macchina o del terreno. Queste oscillazioni vengono convertite in segnali elettrici che rappresentano l’ampiezza, la frequenza o l’accelerazione delle vibrazioni.
I sensori di vibrazione vengono utilizzati per:
- quantificare i livelli di vibrazione,
- monitorare i cambiamenti nel tempo,
- rilevare un comportamento anomalo o potenzialmente dannoso delle vibrazioni.
Il sensore è il primo anello della catena di misurazione e le sue caratteristiche influenzano direttamente la qualità e l’affidabilità dei dati.
Perché la scelta del sensore è importante
La scelta di un sensore di vibrazioni inadeguato può comportare:
- misurazioni imprecise o incomplete,
- interpretazione errata della gravità delle vibrazioni,
- non conformità agli standard applicabili,
- non ha colto i primi segnali di allarme.
Nel contesto europeo, dove le valutazioni delle vibrazioni sono spesso utilizzate per la conformità alle normative, la convalida dei contratti o la risoluzione delle controversie, la selezione dei sensori è una decisione tecnica critica piuttosto che una decisione puramente pratica.
Principali tipi di sensori di vibrazioni
Diverse tecnologie di sensori sono comunemente utilizzate per la misurazione e il monitoraggio delle vibrazioni.
Accelerometri
Gli accelerometri misurano le vibrazioni rilevando le variazioni di accelerazione.
Sono caratterizzati da:
- misura dell’accelerazione (m/s² o g),
- ampia gamma di frequenze,
- elevata sensibilità agli impatti e agli urti.
Gli accelerometri sono molto utilizzati nelle applicazioni industriali e per rilevare i fenomeni di vibrazione ad alta frequenza.
Geofoni
I geofoni misurano la velocità delle vibrazioni e sono ampiamente utilizzati nell’ingegneria civile e nelle costruzioni.
Sono caratterizzati da:
- misurazione diretta della velocità di vibrazione (mm/s),
- ottimizzazione per le frequenze medio-basse,
- forte allineamento con gli standard di vibrazione degli edifici.
I geofoni sono comunemente utilizzati per la valutazione delle vibrazioni del terreno e degli edifici nei cantieri.
Sensori di vibrazione MEMS
I sensori MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) integrano il rilevamento delle vibrazioni in componenti elettronici compatti.
Sono caratterizzati da:
- dimensioni ridotte e basso consumo energetico,
- capacità di misurazione multiasse,
- l’idoneità al monitoraggio a lungo termine o autonomo.
I sensori MEMS sono sempre più utilizzati nei sistemi di monitoraggio continuo utilizzati in ambienti difficili o remoti.
Sensori piezoelettrici e MEMS
Le diverse tecnologie offrono vantaggi diversi a seconda dell’applicazione.
| Criterio | Sensori piezoelettrici | Sensori MEMS |
| Gamma di frequenza | Molto ampia | Ampia / Molto buona in bassa frequenza |
| Sensibilità | Molto alta | Alta |
| Consumo di energia | Alimentazione esterna | Basso consumo |
| Utilizzo tipico | Diagnostica di precisione | Monitoraggio a lungo termine |
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Dimensioni
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compatto
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molto compatto
|
| Robustezza sul campo | Buona | Molto buona |
Nessuna tecnologia è universalmente superiore. L’idoneità dipende dagli obiettivi e dai vincoli della misurazione.
Quali quantità di vibrazioni possono misurare i sensori?
A seconda del tipo di sensore e della configurazione, i sensori di vibrazione possono misurare:
- accelerazione, utile per le analisi ad alta frequenza e d’impatto,
- velocità, comunemente utilizzata per i criteri di protezione degli edifici,
- spostamento, rilevante per i movimenti strutturali a bassa frequenza.
In molti sistemi, i valori di velocità o di spostamento sono derivati matematicamente dai segnali di accelerazione.
Gamma di frequenza e larghezza di banda
L’intervallo di frequenza di un sensore definisce quali fenomeni di vibrazione possono essere rilevati.
Le basse frequenze sono associate a:
- movimento del terreno,
- grandi risposte strutturali.
Le frequenze elevate sono associate a:
- guasti meccanici,
- impatti,
- effetti dinamici localizzati.
La selezione di un sensore con un intervallo di frequenza non adeguato può dare luogo a misurazioni incomplete o fuorvianti.
Sensibilità, densità del rumore residuo e gamma dinamica
Tre parametri di prestazione devono essere considerati insieme:
- Sensibilità, che indica la forza con cui il sensore risponde alle vibrazioni,
- La densità del rumore residuo descrive il livello di rumore intrinseco del sensore, indipendente dal segnale misurato.
Indica quanto deve essere piccola una vibrazione prima di poter essere distinta dal rumore. - Gamma dinamica, che rappresenta l’intervallo tra i valori minimi e massimi misurabili.
L’alta sensibilità non è sempre auspicabile se si prevedono livelli di vibrazione molto elevati.
Sensori monoassiali e triassiali
I sensori possono misurare le vibrazioni lungo uno o più assi.
- I sensori ad asse singolo misurano le vibrazioni in una sola direzione.
- I sensori triassiali misurano le vibrazioni lungo tre assi perpendicolari.
I sensori triassiali forniscono una rappresentazione più completa del comportamento delle vibrazioni, soprattutto quando la direzione delle vibrazioni è sconosciuta o variabile.
Sensori di vibrazione cablati e autonomi
I sensori di vibrazione possono essere utilizzati come dispositivi cablati o autonomi.
I sensori cablati offrono in genere:
- alimentazione continua,
- elevata larghezza di banda,
- funzionamento stabile a lungo termine.
I sensori autonomi offrono:
- installazione più rapida,
- riduzione dei vincoli di cablaggio,
- maggiore flessibilità nei cantieri.
La scelta dipende dalle condizioni di installazione, dalla durata del monitoraggio e dall’accessibilità del sito.
Vincoli ambientali e di installazione
Nell’edilizia europea e negli ambienti industriali, i sensori devono resistere:
- polvere e umidità,
- variazioni di temperatura,
- urti meccanici e movimentazione.
La protezione dall’ingresso, il metodo di montaggio e la robustezza meccanica sono quindi criteri di selezione essenziali.
Come scegliere il giusto sensore di vibrazione
La scelta di un sensore di vibrazioni richiede la risposta a una serie di domande tecniche:
- che deve essere misurata la quantità di vibrazioni,
- quale intervallo di frequenza è rilevante,
- quale accuratezza è richiesta,
- se il monitoraggio è a breve o a lungo termine,
- quali vincoli ambientali si applicano.
Il sensore più adatto è quello che soddisfa gli obiettivi di misurazione in modo affidabile e sicuro.
Applicazioni tipiche dei sensori di vibrazione
I sensori di vibrazione sono utilizzati in:
- valutazione delle vibrazioni in cantiere,
- monitoraggio di edifici e strutture,
- diagnostica dei macchinari industriali,
- programmi di manutenzione basati sulle condizioni,
- studi sulle vibrazioni ambientali.
In ogni caso, la selezione dei sensori deve essere allineata al contesto applicativo specifico.
Dai sensori ai sistemi di misura
Il sensore di vibrazioni è solo un componente di un sistema di misurazione o monitoraggio più ampio. L’acquisizione, l’elaborazione, l’interpretazione e il reporting dei dati sono altrettanto importanti per garantire che i dati sulle vibrazioni possano supportare decisioni informate.
