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Hermes – premium quality infrasound system

Hermes – premium quality infrasound system

LUNITEK is proud to present and offer you our HERMES, a premium-quality INFRASOUND SENSOR to detect low-frequency (not audible) sound waves produced by natural phenomena such as volcanic eruptions, adverse weather conditions, lightning, asteroids, wave motion, outgassing and minor volcanic explosions, debris-flow, rapid mass flows such as snow avalanches and landslides, earthquakes and related ground shaking, sea storms, mountain waves.

The rugged casing together with the low power consumption guarantee the employment of HERMES sensors also in hostile environment.

•BROADBAND (0.033* HZ to 200 HZ) *lower frequencies on request

•HIGH DYNAMIC RANGE (110 dB) LOW NOISE (-62DB PA² /HZ, REL TO 1 PA AT 1 HZ)

•LOW POWER

•LOW COST

•ROBUST PHYSICAL BUILD QUALITY AND SEALED ELECTRONICS

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Tonga, l’eruzione sottomarina del vulcano Hunga

L’eruzione del vulcano sottomarino Hunga-Tonga-Ha’apai è avvenuta Domenica 15 gennaio 2022 alle 17:15 ora locale (le 5:15 in Italia) nell’arcipelago del Sud del Pacifico ed è stata una delle più potenti registrate da decenni nell’area.

Il vulcano Hunga Tonga – Hunga Ha’apai è ubicato nell’Oceano Pacifico nel Regno di Tonga a circa 65 Km dall’isola dove si trova la capitale Tonga e a circa 450 km dalle isole Fiji. Si tratta di una catena di isole ubicate a nord-est della Nuova Zelanda, un’area geologicamente impostata sopra una zona di subduzione della placca pacifica sotto quella australiana. La Nasa ha affermato che la forza dell’eruzione è stata 500 volte più forte a quella della bomba atomica sganciata dagli Stati Uniti su Hiroshima, in Giappone, alla fine della seconda guerra mondiale.

Le onde di tsunami scatenate dall’eruzione fino a oltre 10.000 km di distanza, hanno raggiunto le coste di diversi Paesi che affacciano nel Pacifico, dagli Stati Uniti al Giappone, al Cile, Perù ed Ecuador.

Il vulcano ha prodotto un’eruzione con una gigantesca esplosione generando una nube che si è estesa oltre i 30 km di altezza (stratosfera) e un’onda d’urto (Shock Wave) che si è propagata per tutto il pianeta viaggiando per migliaia di chilometri mantenendo una propagazione di tipo sferico (linee verdi nella figura 1)

figura 1


Il fenomeno è stato osservato da alcuni satelliti geostazionari, le cui immagini in sequenza mostrano non solo l’enorme colonna di fumo prodotta, ma anche lo spostamento di polveri e gas spinte dall’onda d’urto.

La straordinaria potenza dell’eruzione vulcanica è stata immortalata dai satelliti e con essa anche l’onda d’urto che, viaggiando alla velocità del suono, ha percorso l’intero globo. Numerose sono le segnalazioni dei barometri da ogni parte del mondo che hanno catturato il suo passaggio, con un repentino rialzo seguito da un altrettanto calo di pressione.

L’esplosione è stata talmente potente da essere stata registrata negli strumenti di rilevazione di tutto il mondo.

Dopo circa 16 ore di viaggio ed oltre 17mila chilometri percorsi a 1100 km all’ora lungo la superficie terrestre, l’onda d’urto generata dall’eruzione del vulcano sottomarino Hunga Tonga – Hunga Ha’Apai ha raggiunto anche l’Italia. I sensori infrasonici del Laboratorio di Geofisica Sperimentale (LGS) del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze presenti sul territorio nazionale così come un sensore infrasonico della Lunitek, ubicato a Sarzana, a partire dalle 20:15 locali del 15 gennaio hanno iniziato a registrare le onde d’urto prodotte dall’esplosione del vulcano (ad una distanza tra i 17300 e i 17900 km di distanza dall’eruzione) con direzione media di provenienza di circa 30°N (linee rosse in Figura 2 e 3). Queste prime onde sono passate a nord della Russia vicino al circolo polare artico ed hanno un periodo molto lungo di circa 5 minuti, al limite delle proprietà fisiche delle onde acustiche (linee azzurre in Figura 1 e 2).

figura 2

Dopo circa 19 ore dall’eruzione, sono state registrate le onde (linea azzurra in Figura 1 e 2) che hanno viaggiato lungo una direzione opposta percorrendo una distanza maggiore, ovvero circa 22600, e passando da sud sull’Antartico, con direzione di provenienza 210°S.

La differenza dei tempi di arrivo ha permesso di calcolare che entrambi i fronti d’onda  si sono propagati con una velocità di circa 310 m/s (circa 1100 km/h), ovvero la velocità apparente di propagazione del suono in alta atmosfera (Figura 3).

figura 3

Il sensore infrasonico della Lunitek

Gli infrasuoni sono onde sonore a bassa frequenza al di sotto della soglia uditiva (20 Hz) ovvero piccole perturbazioni della pressione atmosferica che, a causa del basso assorbimento atmosferico di tali
basse frequenze, possono propagarsi per migliaia di chilometri e possono essere rilevate da sensori di pressione.

Il sensore infrasonico differenziale ideato da GECO e oggetto dell’industrializzazione assieme a Lunitek si basa sulla misura differenziale della pressione e sull’utilizzo di un filtro acustico che permette di eliminare la componente stazionaria della pressione atmosferica. La misura della pressione è affidata a sensori elettronici di categoria industriale, che uniscono all’elevata precisione un alta affidabilità e una costanza nel tempo delle prestazioni.

Oltre alle forti eruzioni come quella del vulcano sottomarino Hunga-Tonga-Ha’apai del 15 Gennaio 2022,  molte sono le sorgenti di onde infrasoniche gran parte delle quali prodotte da fenomeni naturali
quali le interazioni non lineari tra onde oceaniche aperte (microbaroms, che genera un segnale a ~0.16 Hz rergistrabile su tutta la superficie terrestre in qualsiasi momento), condizioni meteorologiche avverse, degassamento ed esplosioni vulcaniche minori, rapidi flussi di massa come valanghe e frane, terremoti e oscillazioni del suolo connesse, mareggiate, onde di montagna. Efficaci sorgenti antropiche di infrasuono sono invece gli aerei, treni e le perturbazioni generate da forti esplosioni.

Una gamma di sensori con diversa sensibilità e dinamica nonché range di frequenze sono oggetto di industrializzazione da parte di Lunitek, i quali sono in grado di ricoprire i ranges di ampiezza e frequenza di gran parte delle suddette sorgenti infrasoniche consentendone quindi un monitoraggio efficace.

Lo studio dello spettro infrasonico viene spesso effettuato con tecniche di array che permettono di migliorare il rapporto segnale/rumore e di localizzare le sorgenti. In tali tecniche i segnali registrati da sensori posti ad una distanza nota vengono confrontati ed elaborati ed è basilare che la risposta in ampiezza e fase dei sensori sia la stessa. Nel progetto del sensore Lunitek è stata messa una particolare cura al fine di avere prodotti con caratteristiche identiche e quindi immediatamente utilizzabili in array.

In basso è mostrato il segnale infrasonico prodotto dall’eruzione del vulcano Hunga-Tonga-Ha’apai e registrato nei laboratori di Sarzana dal sensore Lunitek M60 ad elevata sensibilità (0.642 V/Pa @1Hz) e medio range di frequenze (0.03 – 200 Hz).

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PROGETTO ATLANTE

Secondo stime recenti, oltre metà del territorio italiano è classificata a rischio sismico medio-alto; per gli oltre 6 milioni di edifici presenti in questa parte del Paese si renderebbe opportuna una valutazione di vulnerabilità sismica. Sono, invece, oltre 10.000 i ponti o viadotti che necessiterebbero di un’urgente e attenta valutazione al fine di determinarne il reale stato di conservazione.

Come testimoniato anche da recenti tragici avvenimenti, gli eventi sismici e l’usura rappresentano le due principali minacce per le strutture e infrastrutture del nostro Paese e per la vita delle persone.

Che cos’è il Progetto ATLANTE

Il progetto ATLANTE della Regione Toscana riguarda lo sviluppo di un prototipo innovativo per il monitoraggio di grandi strutture (edifici, ponti, manufatti, …) che sfrutta la tecnica dell’Olografia Digitale nell’Infrarosso (Mid Infrared Digital Holography, MIR DH) e che rappresenta un reale progresso nei metodi di diagnostica strutturale. Tale progetto vede  Lunitek come Referente tecnico/scientifico unico del progetto che si avvale della consulenza della Campera Electronic Systems (CES). La tecnica è stata messa a punto dall’Istituto Nazionale di Ottica del CNR (CNR-INO) di Firenze insieme al Dipartimento di Scienza della Terra dell’Università di Firenze (UniFI-DST). Partecipano al progetto anche la LP di Prela Perparim e la DGNET srl che si avvale della consulenza della Commit Software.

Tecnica sismometrica e tecnica MIR DH a confronto

I limiti della tecnica sismometrica

Attualmente, per determinare lo stato di salute delle strutture e i relativi parametri di riferimento, si utilizzano misure sismometriche. La tecnica sismometrica, basandosi sostanzialmente sull’utilizzo di accelerometri e/o sismometri da posizionare internamente alla struttura, è piuttosto invasiva e dispendiosa in termini di tempo e di risorse umane ed è pertanto difficilmente impiegabile su larga scala. Con tale tecnica, inoltre, non è possibile ottenere informazioni su eventuali derive della struttura quali potrebbero essere, ad esempio, il cedimento lento di una parete, lo spanciamento di una cinta muraria o la deformazione sotto carico di un solaio o di un ponte. La tecnica sismometrica, infine, non è applicabile in tutte quelle situazioni in cui non sia possibile posizionare il dispositivo sulla superficie che si vuole monitorare (superfici verticali, strutture pericolanti, elementi architettonici difficilmente accessibili, …).

Vantaggi della tecnica MIR DH

La tecnica olografica è adatta al monitoraggio della maggior parte delle strutture esistenti e permette di ottenere le stesse informazioni ricavabili con la tecnica sismometrica, in tempi notevolmente più brevi, con un impiego di risorse umane più limitato e da remoto, rimanendo cioè all’esterno della struttura esaminata e permette, inoltre, di monitorare a tappeto tutti gli edifici di un’intera area urbana.

La tecnica olografica permette, inoltre,  di monitorare superfici estese della struttura, ottenendo una vera e propria mappa delle deformazioni/spostamenti della superficie in esame. Infine, a differenza della tecnica sismometrica, la tecnica olografica è in grado di seguire anche moti di deriva della struttura esaminata e permette di prevedere la risposta dinamica della struttura a sollecitazioni esterne, siano esse di natura ambientale o legate all’attività umana.

Queste caratteristiche espandono significativamente il campo di applicazione di tale tecnica all’ingegneria strutturale, alla vulnerabilità sismica e alla conservazione dei beni culturali, consentendo un monitoraggio non invasivo del deterioramento ambientale e del processo di invecchiamento dei monumenti storici e del patrimonio artistico.

La tecnica è indicata principalmente nella fase di prevenzione ma può essere utilizzata anche nelle fasi successive ad un evento sismico per determinare quali degli edifici sopravvissuti siano da considerarsi realmente sicuri. La possibilità di operare da remoto e con tempi di misura molto contenuti rende la tecnica estremamente indicata per un utilizzo su larga scala permettendo il monitoraggio a tappeto di intere aree urbane.

La tecnica può essere anche utilizzata per la realizzazione di test non distruttivi necessari per la certificazione di agibilità di strutture ed infrastrutture edili e si adatta perfettamente al monitoraggio di beni culturali (statue, affreschi, ecc.) e, in generale, di tutti quegli elementi architettonico-costruttivi (colonne, terrazze, camini, ciminiere, …) di cui sia interessante fornire una caratterizzazione sia statica (sotto carico) sia dinamica.

E’ ormai generalmente riconosciuta la necessità di attuare un monitoraggio sistematico di gran parte degli edifici e delle infrastrutture esistenti sul territorio italiano, al fine di dotare l’intero patrimonio immobiliare di una sorta di “carta di identità strutturale”.

La tecnica basata su MIR DH rappresenta un progresso rivoluzionario nel campo della caratterizzazione dinamica delle grandi strutture per valutarne lo stato di salute e/o il grado di vulnerabilità sismica e, quindi, stabilire complete e corrette strategie di prevenzione.

Il totale del finanziamento disposto dalla Regione Toscana è pari a € 587.780,49.


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PROGETTO MONFRON

Abitiamo vicino a Carrara, la città dove si estrae il marmo più famoso e venduto al mondo, il marmo di Carrara.
Le cave di marmo non sono solo impressionanti e panoramiche ma anche molto pericolose e sono spesso il luogo di incidenti mortali.
Per questo motivo la sicurezza dei lavoratori delle cave di marmo è una priorità per la Regione Toscana.

Antropocene', ambiente e cave di marmo. Industriali: "Non siamo noi il  pericolo del Pianeta" - gonews.it

Che cos’è MONFRON?

MONFRON è l’acronimo di “Monitoraggio Fronte di cava”.

Si tratta di un grande progetto, presentato alla Regione Toscana nel 2017. Il progetto è stato finanziato nel gennaio 2018 e vede Lunitek come azienda capofila, insieme alla Santucci Graniti Srl, gestore della cava, e ApiAn la ditta di disgaggiatori.

L’idea progettuale è quella di prevenire la frana improvvisa e inaspettata che, come già capitato in passato, crolla sui lavoratori della cava.

La prevenzione non può essere effettuata utilizzando strumenti tradizionali geofisici (accelerometri, velocimetri, GNSS o scanner laser) perché, nel momento in cui questi tipi di sistemi attivano un allarme, nella maggior parte dei casi è già troppo tardi e la frana non può più essere fermata.

Lunitek ha presentato una proposta per il monitoraggio utilizzando una tecnica di emissione acustica (AE) per un periodo di 18 mesi.

Come funziona la tecnica delle Emissioni Acustiche?

L’emissione acustica (AE) è il fenomeno di irradiazione di onde acustiche nei solidi che si verifica quando un materiale subisce cambiamenti irreversibili nella sua struttura interna. Ciò è dovuto al rapido rilascio di energia da stress localizzato. Le emissioni acustiche possono essere rilevate in una gamma di frequenze da pochi KHz fino a 100 Mhz, ma la maggior parte dell’energia rilasciata va da 1 KHz a 1 MHz.

Grazie alla tecnica AE è possibile localizzare la fonte dell’evento emittente.

Lunitek opera in questo campo in stretta collaborazione con il Politecnico di Torino dal 2008.

I professori del Dipartimento di Ingegneria Strutturale (Carpinteri, Lacidogna, Bertetto, Niccolini) hanno collaborato con noi per trasferire il loro know-how e per progettare un prodotto tecnologico all’avanguardia.

Tutti questi sforzi hanno portato ad AEmission un datalogger a campionamento veloce a 8 canali con elaborazione parametrica dei dati acquisiti.

AEmission

AEmission è un datalogger a otto canali per segnali di emissione acustica. Può campionare dati a 1.25MS/s@18bit oppure 10MS /s@16bit. I sensori possono essere collegati direttamente allo strumento senza alcun condizionatore esterno.

Una FPGA interna ad alte prestazioni esegue l’analisi in tempo reale del flusso di dati proveniente dagli ADC ed estrae i dati parametrici.

L’emissione acustica (AE) è l’unica tecnologia in grado di individuare potenziali fratture da fessurazione all’interno di un solido.

L’idea è quella di attivare un avviso quando vengono valutate anomalie nell’elaborazione dei dati.

Trattandosi di un’indagine sperimentale, il sito viene monitorato anche con altre tecniche:

  • ATLAS con accelerometro FBA esterno sul fronte della cava 1.
  • Accelerometro TRITON FBA all’esterno del sito monitorato.
  • Una stazione meteorologica.
  • Un array di termocoppie installato sul fronte della cava 2.

Tutte queste informazioni possono aiutare a discernere eventi falsi da eventi di cracking reali.

Il sistema è stato implementato come mostrato nelle immagini sottostanti

Analisi statistica del B-value e del βt

Nelle figure successive i parametri fondamentali del monitoraggio sono stati riportati per i periodi più significativi. In particolare, nella parte finale dei grafici si può osservare una riduzione dei parametri fondamentali connessi all’evoluzione del danneggiamento (b-value) con un decremento. Nell’ambito di tali osservazioni si è potuto osservare anche la formazione di punti di sorgenti localizzati sul sito di monitoraggio n2.

Risultati e conclusioni

In ragione dei dati evidenziati dalla tecnica di localizzazione e in correlazione con i valori assunti dal parametro critico del b-value è possibile considerare le aree in corrispondenza dei sensori 1-7 e 2-4 come aree critiche. In tali aree, nella fase centrale del monitoraggio anche i parametri che tengono in conto dell’evoluzione del danneggiamento hanno evidenziato dei sotto periodi con aumento localizzato del danneggiamento.

Il totale del finanziamento disposto dalla Regione Toscana è pari a 282.000€