Simulazione e testing di soluzioni energy harvesting per nodi sensore miniaturizzati

Lo Structural Health Monitoring è una disciplina che si occupa di damage detection, ovvero di rilevare danneggiamenti all'interno di diversi tipi di strutture. I campi applicativi sono molteplici, dalle infrastrutture civili ai macchinari industriali fino alle navicelle spaziali. In alcuni contesti la manutenzione della sensoristica è critica, in particolare la sostituzione delle batterie, ove presenti. Fare energy harvesting significa sfruttare l'energia presente nell'ambiente circostante per alimentare, almeno parzialmente, uno o più dispositivi. Questo elaborato si pone come obiettivo di valutare se, e in che modi, sia possibile integrare una tecnologia energy harvesting in una rete per l'indagine dell'integrità strutturale (SHM) basata su nodi sensore sviluppati all'interno di ARCES dal gruppo Lab-SHM dell'Università di Bologna. Sono stati analizzati i consumi di un nodo sensore piezoelettrico per analisi ad emissioni acustiche ed ultrasuoni. Il consumo massimo di potenza registrato è stato di 75 mA in condizioni di funzionamento dinamico. Sulla base delle caratteristiche del nodo sensore è stato scelto un modulo di harvesting, l' LTC3588-1 di Linear Technology. Il comportamento del modulo è stato prima simulato, attraverso LTSpice, in relazione a diversi tipi di trasduttori in ingresso poi caratterizzato e testato all'interno di un circuito costruito su breadboard. Utilizzando un prototipo del nodo sensore al quale è stata collegata l'uscita dell' LTC, si è riusciti ad alimentare il nodo con l'harvesting fotovoltaico. Il pannello, se adeguatamente irraggiato, è in grado di tenere accesso il modulo e il nodo. L'alimentazione fornita è risultata sufficiente anche per eseguire comandi di acquisizione attraverso il sensore piezoelettrico. Al contrario i risultati per i trasduttori piezoelettrici hanno evidenziato che queste tecnologie non sono in grado di fornire sufficiente energia al sistema nello stato attuale.