Supervisore: dott. Achille Zirizzotti
In questo laboratorio vengono progettati, sviluppati e testati tutti dispositivi elettronici e i software necessari per il funzionamento degli osservatori geomagnetici in Italia e in Antartide.
Una schematizzazione del flusso dei dati provenienti da un osservatorio geomagnetico è illustrata nella fig. 1: i magnetometri (vettoriale e scalare) sono pilotati in loco da un software chiamato MAGO (MAGneticObservatory) che funge anche come layer digitale di acquisizione elaborando i dati e salvandoli in formati idonei. Il software MAGO, completamente sviluppato in INGV, risiede su ciascun pc presso ciascun osservatorio e/o stazione di monitoraggio; è connesso ad internet ed al sistema di alimentazione e riavvio remoto. MAGO registra i dati localmente e parallelamente li invia, in tempo reale, tramite protocollo TCP-IP ad un software (Grafterm) presente su un server (ubicato fisicamente presso la sede di Roma) che provvederà all’l'inserimento dei dati nel database centrale (GeomagDB).
Sullo stesso server è presente un software (DailyFTP) che giornalmente si occupa di recuperare via FTP i file prodotti da MAGO in modo da garantire l’integrità dei dati nel database andando così a colmare lacune che potrebbero essersi formate a causa di problemi di connessione nel giorno precedente. Sullo stesso server nel quale risiede il database è presente un portale web che si occupa della visualizzazione e distribuzione dei dati e di altri servizi.
Flusso dei dati del sistema di monitoraggio degli osservatori geomagnetici
Il database GeomagDB è il cuore di tutto il sistema. Esso è strutturato in modo da avere sempre, in ogni istante, le informazioni sullo stato di funzionamento di ogni singolo osservatorio e di ogni singolo strumento appartenente alla rete di monitoraggio. Il portale web (http://geomag.rm.ingv.it), interamente sviluppato in PHP, risiede sullo stesso server del database e si interfaccia con esso in maniera diretta. Esso è un repository dei dati di tutti gli osservatori gestiti dall’INGV.
Lo sviluppo della strumentazione elettronica necessaria al funzionamento degli osservatori geomagnetici comprende i sistemi di alimentazione, controllo remoto e comunicazione.
Negli osservatori geomagnetici, si utilizzano batterie, gruppi di continuità (UPS) e pannelli solari, sia per fornire una adeguata alimentazione che per garantire una continuità di funzionamento della strumentazione dell’osservatorio. In particolare nell’osservatorio di Lampedusa dove non è disponibile la rete elettrica, l’utilizzo dei sistemi fotovoltaici è fondamentale. La strumentazione magnetica è molto sensibile al rumore elettromagnetico e al rumore in generale, come quello che può viaggiare nei circuiti di alimentazione. È importante quindi prestare attenzione al tipo di apparati che si utilizzano sia negli impianti a 220V che negli impianti fotovoltaici. A questo proposito è stato realizzato un regolatore lineare di carica per pannelli solari, impiegato nell’osservatorio geomagnetico di Lampedusa e nelle stazioni Magnetiche [vedi Rapporto Tecnico INGV n.204/2011].
Regolatore di carica lineare per pannelli solari
Schema elettrico del regolatore
Nei siti in cui vi sono esclusivamente sistemi fotovoltaici, le batterie vengono sfruttate con cicli continui di carica e scarica e quindi sono soggette ad un inevitabile e progressivo deterioramento. Conoscere lo stato delle batterie è quindi fondamentale per un corretto funzionamento di tutta la strumentazione. Lo Stato Di Carica (SOC) misurato in percentuale dalla sua capacità, è un parametro fondamentale per capire lo stato di una batteria. Infatti, al termine di un ciclo di carica, il SOC indica esattamente il livello di efficienza di una batteria. Il metodo migliore per la misura del reale stato di carica di una batteria è l’impedance track o fuel gauge della Texas Instruments (gas gauge o fuel gauge è infatti lo strumento che indica il livello del carburante in un serbatoio). Il sistema realizzato chiamato Battery Gas Gauge (BGG), è stato realizzato per monitorare le grandi batterie di accumulatori utilizzate negli osservatori geomagnetici e tenere sotto controllo ogni singolo accumulatore utilizzato. Essendo montato su ogni accumulatore, il sistema permette di evidenziare ogni malfunzionamento, evitando di effettuare dei controlli manuali attraverso delle misure specifiche. Attraverso l’utilizzo di un microcontrollore è possibile interrogare da remoto tutti i gas gauge collegati ad esso e leggere le informazioni sullo stato di tutte batterie dell’osservatorio [vedi Rapporto Tecnico INGV n.388/2017].
Inoltre per avere un pieno controllo della strumentazione tutti gli strumenti e sistemi di acquisizione sono collegati ad una unità di “rebooter” che permette attraverso la rete con il protocollo TCP-IP di resettare e riavviare tutti gli strumenti presenti in osservatorio.
Nel laboratorio sono state realizzate e verranno installate nella campagna antartica 2020-2021 delle stazioni di misura del campo geomagnetico da installare sul plateau. La stazione di misura delle componenti scalari e vettoriali del campo è capace di funzionare a temperature di -90°C.
Tutti i dispositivi elettronici realizzati nel laboratorio vengono progettati tramite l’utilizzo di software CAD per l’elettronica, successivamente si passa alla fase di costruzione del prototipo mediante una fresa meccanica per circuiti stampati, seguita dalla fase di montaggio e collaudo. Nel laboratorio vengono effettuati anche tutti i controlli, manutenzione, calibrazione e riparazione della strumentazione magnetica e sui dispositivi necessari al loro funzionamento, predisponendo gli interventi tecnici sui siti di monitoraggio geomagnetico e per la rete italiana di misure magnetiche.
Osservatorio di Lampedusa: battery gasgauge e contoller batterie
Dispositivi di acquisizione, alimentazione e comunicazione all’osservatorio di Gagliano Castelferrato