SAWS: Una tecnologia all'avanguardia

Sensor Technology è una piccola società Hi Tech che si occupa dello sviluppo e della produzione di trasduttori di coppia rotante, il cui funzionamento è fondato sulla tecnologia SAW (Surface Acoustic Wave), ossia sullo sfruttamento dell'onda acustica superficiale. La Società, coinvolta anche nella concessione di licenze per questa tecnologia.

è di proprietà di Anthony e Bryan Londsale e di Tony Ingham. Da 27 anni ha sede in prossimità di Banbury, Oxfordshire, nel pittoresco ambiente di un mulino ad acqua convertito nel nuovo stabilimento.

La Società si è sempre contraddistinta nella ricerca di nuove soluzioni per i suoi clienti impegnati nel settore dei sistemi di magnetometria e di navigazione e dei sensori di coppia. In realtà, è stato proprio lavorando su un sistema di navigazione e magnetometria, nel 1990, che Anthony Lonsdale si trovò a dover affrontare problematiche legate ai dispositivi SAW in uso e realizzò che esisteva la possibilità di convertire in beneficio tale svantaggio, ossia di utilizzare i dispositivi SAW per la misurazione delle tensioni.

La Società ha 23 dipendenti suddivisi tra il settore di ricerca e quello produttivo ed è accreditata ISO 9000.

Grazie alla sua serietà e al costante impegno, vanta un'ampia clientela coinvolta nei settori Difesa, Aeronautica, Formula 1, organizzazioni per prove e collaudi, aziende produttrici di parti discrete e processi continui.

La strategia della Società consiste nell'utilizzare suoi Brevetti congiuntamente alla tecnologia SAW per ottenere i migliori risultati sui sensori di coppia rotante nei mercati di strumentazione e test, ossia per il collaudo di motori, scatole cambio e cuscinetti. Fino ad oggi la tecnica elettronica usata per interrogare i dispositivi SAW è stata indubbiamente complessa. La nuova serie RWT310/RWT320 presenta una strategia elettronica differente, progettata mirando alla convenienza economica e pensata per l'uso da parte degli OEM. Offre a Sensor Technology l'esclusivo vantaggio di un trasduttore di semplice utilizzo che sarà indubbiamente apprezzato dai clienti OEM, ma anche tecnicamente avanzato, con diverse caratteristiche direttamente configurabili dall'utente e una varietà di uscite. Tutte le caratteristiche che contraddistinguono una tecnologia all'avanguardia, ossia la semplicità d'uso, la precisione e la convenienza economica, costituiscono parte integrante di questo nuovo prodotto e, a detta dei responsabili di Sensor Technology, questo nuovo prodotto offrirà grossi benefici a molti altri settori, quali le industrie automobilistiche, gli impianti industriali e i processi di miscelazione.

Dispositivi SAW

I dispositivi che sfruttano l'onda acustica non sono affatto nuovi ed esistono sul mercato da oltre 60 anni. Negli anni '70, sono stati sviluppati per i radar con tecnica di compressione impulsi, per gli oscillatori e filtri passa-banda per apparecchi televisivi e radio professionali. Negli anni '80 il diffondersi dei cellulari ha portato ad un forte aumento di richiesta per filtri. L'industria delle telecomunicazioni è il cliente principale, con una richiesta di oltre 3 miliardi di filtri SAW all'anno, progettati per agire come filtri passa-banda.

Già nel 1885, lo scienziato inglese Lord Rayleigh profilò l'ipotesi che onde di questo tipo fossero la causa principale del verificarsi di terremoti, e ciò sarebbe stato confermato molto più avanti, con l'avvento delle registrazioni sismografiche negli anni '20.

Trascorsi altri 45 anni, Voltmer e White, dell'Università della California, produssero queste onde, a cui più comunemente ci si riferisce come a onde acustiche superficiali (SAW) o onde di Rayleigh, sulla superficie libera di un substrato isotropico elastico, ossia un quarzo.

Un'importante proprietà dell'onda acustica superficiale è che la velocità dell'onda Rayleigh è circa 10 volte inferiore rispetto alla velocità delle radiazioni elettromagnetiche in vacuo e così, per la stessa frequenza, la lunghezza d'onda dell'onda elastica è inferiore rispetto a quella della corrispondente onda elettromagnetica, di un fattore 105. Tale risultato ha immediata importanza sulla geometria della misurazione risultante ed è la filosofia che soggiace alla tecnologia delle onde superficiali, poiché i dispositivi stessi possono essere di dimensioni notevolmente ridotte rispetto a quelli utilizzati per le onde elettromagnetiche.

Un dispositivo SAW di base consiste in due array su un trasduttore interdigitale (IDT) disposti su di un substrato piezoelettrico, quale un quarzo. Gli IDT sono costituiti da elettrodi metallici a strati alterni, fabbricati secondo la tecnologia standard dei circuiti integrati, utilizzati per l'invio e la ricezione di onde, in modo che un segnale elettrico sia convertito in un'onda acustica, quindi di nuovo in un segnale elettrico. È questa applicazione di un campo elettrico che determina le sollecitazioni meccaniche e le tensioni. Al contrario, l'applicazione di una sollecitazione meccanica, dovuta ad esempio alla presenza di tensioni, può generare un campo elettrico e quindi un segnale.

La distanza tra gli elettrodi metallici a strati determina il periodo dell'onda generata. Le tensioni modificheranno la distanza tra gli elettrodi interdigitali e quindi la frequenza di risonanza. Sensor Technology sfrutta questo cambiamento di frequenza per misurare le tensioni e quindi la coppia.

Il funzionamento di un trasduttore SAW per la misurazione di tensioni dipende dalla scelta di un substrato piezoelettrico idoneo, che può essere collegato al materiale da sollecitare.

I dispositivi a onda acustica sono adatti ad una grande quantità di applicazioni, quali sensori di coppia e di pressione pneumatici per l'industria automobilistica, ad esempio, sensori chimici per applicazioni mediche e del settore sicurezza, nonché sensori di coppia, vapore, umidità e massa per diverse applicazioni industriali. Si ritiene che per alcune di queste applicazioni con sensore la richiesta potrebbe eguagliare quella del mercato delle telecomunicazioni.

Per applicare il principio SAW alla misurazione della coppia, si utilizzano due dispositivi in un mezzo ponte, con configurazione analoga a quella per la misurazione di tensioni trattive resistive classiche: uno posizionato per rilevare la tensione compressiva principale e l'altro posizionato per osservare la tensione trattiva principale.

Le due frequenze generate dai dispositivi SAW si uniscono elettronicamente per produrre i segnali di differenza e/ somma. Il segnale di differenza è una misura della tensione indotta causata dal movimento di torsione e quindi, dalla conoscenza delle proprietà dei materiali e delle equazioni pertinenti, la misurazione della coppia. Il segnale di somma è una misurazione della temperatura dell'albero.

L'accoppiamento dei segnali diretti o provenienti dall'albero della macchina si ottiene tramite un dispositivo di accoppiamento elettromagnetico le cui unità sono collocate a debita distanza, una fissata all'alloggiamento dell'albero e l'altra all'albero rotante, che fornisce un'interrogazione di non contatto che è intrinsecamente sicura.

Sebbene esistano altri sistemi per la misurazione della coppia, la tecnologia SAW offre il vantaggio di un metodo efficace quanto economicamente conveniente.

Sviluppo SAW

La misurazione della coppia con ricorso alla tecnologia SAW consiste in tre componenti principali:

• i dispositivi SAW
• una coppia
• parti elettroniche.

La società si dedica allo sviluppo di questa tecnologia da oltre 12 anni, durante i quali ha prodotto numerosi brevetti ad essa a associati e ha capitalizzato un considerevole know-how.

Nuovo prodotto

L'introduzione del nuovo RWT310/RWT320 offre un trasduttore compatto con elettronica integrata. Ciò è stato reso possibile dagli ultimi sviluppi della tecnologia elettronica, che presenta i vantaggi di una maggiore ampiezza di banda.

Il RWT310 sarà disponibile in diverse dimensioni per soddisfare l'esigenza di misurazione coppia da 100MNm a 10,000Nm e comprenderà un'opzione di uscite di 4-20mA o 0-20mA.

Il prodotto RWT320 presenterà di serie:

• uscita analogica
• uscita RS232
• uscita USB ad alta velocità
• campionatura, storage e media delle coppie di picco
• pacchetto per test autodiagnostico
• l''opzione di un'uscita di corrente selezionabile dall'utente per attivare l'uscita da 4-20mA o 0-20mA