Progetto di un' unità integrata di monitoraggio antincendio mediante sensori ortiici in ambienti severi

Marzia De Giorgi 
Università di Lecce – Corso di Laurea in Ingegneria dell’Informazione – Misure Elettroniche 
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Una termocamera è dunque uno strumento di misura molto sensibile in 
grado di fornire delle indicazioni preziose per l’analisi degli eventi 
termici. 
Il suo funzionamento si basa su di un sensore planare FPA dove 
l’energia termica dello scenario viene focalizzata grazie a un’ottica al 
germanio (materiale trasparente alla radiazione IR) 
Il sensore microbolometrico opera nella Long Wave dell’infrarosso (7.5 
– 14 micrometri) e non è l’unico sensore di energia termica disponibile, 
esistono sensori per la Short Wave (2 – 5 micrometri) o per il vicino 
infrarosso (circa 1,2 micrometri). 
I materiali impiegati per la produzione dei sensori definiscono le 
lunghezze d’onda di utilizzo e la loro applicazione. 
I sensori non raffreddati dell’infrarosso nel campo della long-wave sono 
composti da Ossido di Vanadio Vox o da altri materiali semiconduttori. 
Le loro sensibilità termica sono nell’intorno degli 80 mKelvin nel campo 
delle lunghezze d’onda dai 7 ai 14 µmetri. 
Per determinare questo parametro che si chiama NETD si utilizzano 
delle tecniche elettroniche oggettive. 
Occorre citare per la long wave anche sensori raffreddati (in genere con 
pompe di tipo stirling), che utilizzano però una tecnologia diversa con 
rilevamento fotonico (Quantum Well) che si chiama QWIP. 
Tale sensore avendo un campo spettrale molto ristretto 8-9 µmetri ha una 
sensibilità inferiore ai 0,02 °C. 
La Termografia è una tecnologia che può essere utilizzata in ogni campo 
dove il parametro “temperatura” riveste una importanza consistente. 
Inoltre, essendo l’analisi termografica una misura “senza contatto”, la 
misura di temperatura risulta molto accurata in quanto non si perturbano 
gli oggetti esaminati. 
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Uno dei campi di maggior sviluppo della termografia è il rivelamento di 
un incendio. Le tecniche predittive consentono di avvistare e prevenire il 
sorgere degli incendio con un elevato livello di affidabilità e garantendo 
una rapidità d’intervento tale da ridurre i danni sia alle persone che 
all’impianto stesso. 
L’acquisizione e l’elaborazioni delle immagini termografiche registrate 
attraverso la termocamera permette di rendere più efficienti le tecniche 
predittive. 
La termocamera rileva oltre all’immagine termografia anche una matrice 
contenente le temperature riferite ad ogni pixel. 
La trasformata di Hough è una trasformata geometrica in grado di 
individuare e di localizzare nelle immagini alcuni pattern di forma 
parametricamente nota.  
I più grandi vantaggi di questa tecnica sono costituiti dall’elevata 
tolleranza alle interruzioni eventualmente presenti nella rappresentazione 
dei contorni della forma cercata e dall’elevato grado di indifferenza al 
rumore presente nell’immagine.  
Si effettua una trasformazione dei punti individuati sul piano cartesiano, 
si può pensare al piano trasformato come ad un accumulatore dove 
ciascun elemento corrisponde ad una retta che giace nel piano immagine; 
eseguire la trasformazione corrisponde a rilevare la probabilità che le 
possibili rette hanno di rappresentare la distribuzione dei pixel 
dell’immagine. Si può parlare di distribuzione dei pixel poiché le 
immagini utilizzate sono binarie con solo i contorni, quindi è come se 
oltre lo sfondo bianco si avesse solamente l’insieme dei punti neri di 
edge. 
La trasformata di Hough permette proprio di rilevare come il calore 
all’interno di un componente si propaghi all’interno di quest’ultimo. 
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È stato sviluppato con l’ausilio del software Matlab un’interfaccia 
grafica che permette d’avere una visione d’insieme dei dati acquisiti 
dalla termocamera e di elaborarlo effettuando l’operazione di Edge 
Detector e quindi applicando la Trasformata di Hough. 
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Capitolo 2 
La rivelazione automatica 
dell’incendio 
 
 
2.1 Generalità 
 
Il fuoco è un processo dinamico capace di danneggiare gravemente o 
distruggere edifici e provocare il ferimento o il decesso delle persone 
coinvolte. 
I tre ingredienti essenziali affinché si sviluppi il fuoco sono:  
Combustibile + Ossigeno (o Aria) + Calore( o Fonte Infiammabile ) = Fuoco. 
I danni alle persone e alle cose sono tanto maggiori quanto maggiore è il 
tempo di libero sviluppo dell'incendio. La rapidità d'intervento 
dell'estinzione quindi assume un'importanza decisiva. Poiché l'intensità 
dell'incendio è tanto più forte quanto è maggiore il volume interessato, la 
difficoltà dell'estinzione cresce con la fase di sviluppo raggiunta. 
Per essere sicuri di raggiungere lo scopo di contenere il più possibile i 
danni, è necessario iniziare l'azione di spegnimento quando l'incendio ha 
dimensioni limitate. E' quindi particolarmente importante prevedere 
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impianti tecnologici automatici di segnalazione anche di piccole quantità 
di fumo e gas.  
Lo scopo della rivelazione automatica degli incendi e l’allarme è quindi 
quello di assicurare che le persone presenti nel luogo del lavoro siano 
avvisate di un principio di incendio prima che esso minacci la loro 
incolumità. L’allarme deve dare avvio alla procedura per l’evacuazione 
del luogo di lavoro nonché l’attivazione delle procedure d’intervento. 
Nella figura di seguito è riportata la curva dello sviluppo di un incendio, 
sulle ordinate è riportata l’entità dei danni causati dall’incendio e sulle 
ascisse i tempi. 
 
 
 
Fig. 2.1 Curva di sviluppo di un incendio 
 
 
 
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Dove si ha: 
t0
   
– istante in cui si è sviluppato l’incendio; 
t1  – istante in cui è recepito il segnale d’allarme in un centro 
d’intervento; 
t2 – istante in cui le squadre d’intervanto allertate iniziano l’opera di 
contenimento e spegnimento; 
t3  
 
– istante in cui l’incendio è finalmente domato. 
Nella curva è  possibile distinguere in particolare 3 fasi: 
1. Fase a: (intervallo t1 – t0
 
), detta anche fase d’ignizione, è influenzata 
dal ritardo con cui è scoperto il fuoco; 
2. Fase b: (intervallo t2 – t1 ), è influenzata dall’organizzazione della 
squadra di soccorso , dal traffico e dalla distanza che devono ricoprire 
per giungere sul luogo dell’incendio, dalle condizioni ambientali a 
contorno del sistema di combustione; 
3. Fase c: (intervallo t3 – t2
 
) , è influenzato dalle fasi a e b e dalle 
caratteristiche del sistema di combustione. 
Occorre quindi avere una diagnosi precoce di pericolo con la rivelazione 
dei diversi fenomeni che si accompagnano all’incendio e verificare in 
che misura questi ultimi riescano ad agire sulla fase a. 
Il "sistema di rivelazione automatica" ha assunto un ruolo sempre più 
importante quale mezzo preventivo che, diagnosticando precocemente il 
pericolo, consente di intervenire tempestivamente nella fase iniziale di 
sviluppo dell'incendio così da contenere al minimo i possibili danni. 
I sistemi intelligenti di rivelazione automatica dell'incendio offrono una 
ampia gamma di possibili soluzioni. Questi hanno la funzione di rivelare 
e segnalare un incendio nel minore tempo possibile. I sistemi fissi di 
segnalazione manuale permettono invece una segnalazione nel caso 
l’incendio sia rilevato dall’uomo. 
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In entrambi i casi, il segnale d’incendio è trasmesso e visualizzato in 
corrispondenza di una centrale di controllo e segnalazione, ed 
eventualmente ritrasmesso ad una centrale di tele-sorveglianza. 
Per prolungare il periodo di induzione si può agire con appropriate azioni 
di ignifugazione, mentre, per ridurre la velocità della fiamma, le misure 
da intraprendere si diversificano a seconda dei sistemi coinvolti. Le 
tecniche di rivelazione utilizzano i prodotti misurabili dal materiale di 
reazione o gli effetti secondari della reazione energetica, tipici del 
sistema di combustione. 
Le tecniche di rivelazione si basano principalmente sui seguenti tre tipi 
di rivelazione: 
• Rivelazione di Fumo; 
• Rivelazione di Calore; 
• Rivelazione di Fiamma. 
 . 
 
2.2 La rivelazione di fumo 
 
I fumi sono formati da piccolissime particelle silide (aerosoli), liquide 
(nebbie o vapori condensati). Le particelle solide sono sostanze 
incombuste che si formano quando avviene la combustione in carenza di 
ossigeno e vengono trascinate dai gas caldi prodotti dalla combustione 
stessa. Le particelle liquide, invece, sono costituite essenzialmente da 
vapor acqueo che condensa al di sotto dei 100°C. 
La norma europea EN 54/7, redatta dal Cen Tc 72 (Comitato Europeo di 
Normalizzazione) definisce i rilevatori di fumo come quei rilevatori che 
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reagiscono alle particelle volatili e agli aerosoli prodotti dalla 
combustione. 
 
È possibile distinguere: 
• Rilevatori di fumo a camera a ionizzazione, 
• Rilevatori ottici di fumo a estinzione; 
• Rilevatori di fumo a diffusione. 
 
I rilevatori di fumo a camera di ionizzazione reagiscono ai prodotti di 
combustione che modificano la corrente ionica in una camera a 
ionizzazione. È presente una sorgente radioattiva che ionizza l’aria 
all’interno della camera di misura il cui spazio è limitato do due elettrodi 
a cui è applicata una differenza di potenziale. 
Il fumo presente all’interno della camera provoca un aumento della 
resistenza poiché si attacca al flusso degli ioni dell’aria. Ciò ne provoca 
un rallentamento e una conseguente riduzione della corrente calcolata 
attraverso una apposito strumentazione.  
È proprio la variazione di corrente viene utilizzata come criterio di 
allarme. 
 
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Fig. 2.2 Principio di funzionamento del rilevatore di fumo a camera a 
ionizzazione 
 
Leggenda: 1.elettrodi; 2. sorgente radioattiva; 3.camera di misura; 
4.corrente di ionizzazione; 5.particelle di fumo. 
 
I rilevatori di fumo a estinzione utilizzano l’effetto fisico della riduzione 
dell’intensità luminosa di una sorgente di luce nel momento in cui il suo 
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fascio è investito dal fumo. Una fotocellula emette un segnale che indica 
l’intensità dell’energia luminosa incidente.  
Le particella di fumo, se esposte ad energia luminosa, assorbiranno 
quest’ultima provocando una attenuazione dell’energia stessa e quindi 
varierà il segnale trasmesso dalla fotocellula. 
 
Fig. 2.3 Principio di funzionamento del rilevatore ottico di fumo a estinzione 
 
Leggenda: Q emettitore di energia luminosa, L1 e L2 lenti, P fotocellula,  
S0 segnale ricevuto.