Strumenti per la misura delle vibrazioni

Più strumenti sono stati utilizzati in campo, uno dei quali è il Larson Davis HVM – 100, conforme al D.Lgs. 81/2008 titolo VIII capo III(Esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti da vibrazioni meccaniche), attuazione della Direttiva 2002/44/CE.

Il misuratore di vibrazioni triassiale si presenta come uno strumento versatile per le misure di esposizione alle vibrazioni, sia del corpo intero (esposizione da mezzi di trasporto e movimentazione) che del segmento mano-braccio (esposizione da uso di utensili vibranti). Nei 350 grammi dello strumento vi è racchiuso quanto prescritto dalle norme ISO:

ISO 8041: 1990, “Strumentazione di misura per le vibrazioni al corpo umano”;

ISO 2631-1: 1997, “Corpo intero”; ISO 5349-1 e 2: 2001, “Mano braccio”;

ISO 10819, “Vibrazioni al sistema mano-braccio, metodo per la misurazione e la valutazione della trasmissibilità delle vibrazioni dai guanti al palmo della mano”;

ISO 2361-2: 2003, “Vibrazioni meccaniche ed urto”;

UNI 9614: 1990, “Misura delle vibrazioni negli edifici e criteri di valutazione del disturbo”;

In conformità alla ISO 8041, l’HVM-100 consente di rilevare direttamente, oltre a tutti i valori globali: Arms, Amin, Amax, Aeq, Amp, Peak, Aeq1, Aeq2, Aeq4, Aeq8, anche il valore di picco pesato e il corrispondente fattore di cresta CF, che unitamente ai valori richiesti dei metodi addizionati quali il VDV (Vibration Dose Value) ed l’MTVV (Maximum Transient Vibration Value), risultano essere elaborazioni fornite solo da questa specifica strumentazione. Il misuratore di vibrazioni misura contemporaneamente le vibrazioni su i tre assi ortogonali X, Y, Z oltre al relativo vettore somma (SUM). Inoltre per ciascun asse può essere memorizzato il profilo temporale del livello di vibrazione (time history) con velocità di acquisizione selezionabile tra 1 secondo ed un minuto e per durate comprese tra 6 ore e 200 ore. Per misure di controllo, possono essere memorizzate fino a 100 time history da 240 campioni, ciascuna con i rilievi sugli assi X, Y, Z e SUM, inclusi tutti i valori complessivi relativi ad ogni singola misura. Con il modello Larson Davis HVM 100, tutte le procedure sono guidate; basta richiamare il set-up per la modalità di misura desiderata ”corpo intero” o ”mano-braccio”, fissare l’accelerometro triassiale sul dispositivo vibrante ed avviare la misura[26].

Per ciò che concerne le misurazioni al sistema mano-braccio, gli accelerometri devono essere fissati sull’impugnatura dell’utensile, in stretta prossimità della posizione assunta dalle mani dell’operatore nelle ordinarie condizioni operative. Essi devono essere fissati in maniera che la loro presenza non influenzi le modalità di prensione e lavorazione normalmente adottate dall’operatore. Le modalità di fissaggio degli accelerometri sono

molteplici e vanno dall’utilizzo della colla all’utilizzo di fascette metalliche o plastica, da specifici adattatori per l’impugnatura (che consentono l’impiego dei filtri meccanici) al fissaggio con le viti (meno pratico).

Gli accelerometri impiegati per la misura delle vibrazioni trasmesse al sistema mano-braccio sono stati saldamente impugnati dagli operatori tramite un apposito adattatore a “T”. Questo ha consentito di mantenere il trasduttore solidale alla mano del lavoratore e, senza ostacolarne i movimenti. Inoltre, i cavi degli accelerometri, al fine di evitare disturbi nel segnale di rilevamento o rischi di rottura, sono stati fissati in prossimità del trasduttore mediante carta gommata [26].

Per quanto riguarda il corpo intero, le misure vanno effettuate sulla superficie di contatto tra il corpo e la sorgente di vibrazioni. Le specifiche dell’accelerometro di uso comune per le misure di vibrazioni trasmesse al corpo e del suo adattatore sono riportate nello standard ISO 10326-1. Esso è un disco rigido di gomma al cui interno è fissato un accelerometro triassiale che viene fissato tramite nastro adesivo sul sedile del mezzo di guida (nel caso di soggetto seduto) o sul pavimento (nel caso di soggetto in piedi). In ogni caso, i cavi degli accelerometri non devono essere forzati, specialmente nelle immediate vicinanze del trasduttore, e non devono essere lasciati liberi di oscillare, per evitare artefatti nel segnale rilevato (rumore triboelettrico) o rischi rottura. E’ pertanto necessario fissare i cavi in prossimità del trasduttore mediante nastro adesivo [27].

Accelerometro ICP triassiale per la misura mano braccio (PCB)

modello: SEN020

Adattatore per accelerometro triassiale per impugnatura mano braccio (infradito) (Larson Davis)

modello: ADP060

Adattatore per mini accelerometro triassiale per fissaggio diretto sull’impugnatura dell’utensile tramite fascetta (Larson Davis)

modello: ADP062

Accelerometro ICP mod. Seat Pad per la misura corpo intero (PCB)

modello: 356B41

Calibratore (Brüel & Kjær)

Modello: 4294 Matricola: 2472490

Per l’elaborazione dei dati: - Software

Larson Davis Blaze 5.08

(non soggetto a taratura)

Il secondo strumento utilizzato è stato il SoundBook, un sistema di multianalisi real-time, un registratore audio digitale, una

videocamera e un fonometro a norma IEC classe 1 con 8 canali di misura.

Principali caratteristiche:

soluzione hardware di tipo multicanale e multianalisi con contemporanea capacità di registrazione sincronizzata di segnali audio e riprese video;

conforme allo standard IEC 651 ed IEC 804 Tipo 1, IEC 61672 Classe 1;

filtri digitali in Real Time da 0,04 Hz fino a 40 kHz conformi a IEC 1260 classe 0;

Ingressi Lemo (microfonici con polarizzazione 200 V), microfoni prepolarizzati, ICP e diretti;

funzionamento ‘Multianalisi’ con valori fonometrici, time history, oscillogrammi, analisi in frequenza in 1/3 d’ottava, (oppure 1/12, 1/24 d’ottava), analisi statistica ed analisi FFT, tutte in contemporanea, in real-time ed in parallelo su ogni canale;

filtri di pesatura Z, A e C e costanti di tempo Fast, Slow ed Impulse in parallelo. Contemporaneo rilievo del valore di picco pesato Z, A e C;

Hard-Disk da 60 Gbyte, supporto memorie Compact Flash, USB Memory Stick, hard disk esterni e totale controllo ‘wireless’;

controllo della calibrazione per microfoni ed accelerometri con riconoscimento automatico del livello, della frequenza e della

stabilità del segnale di calibrazione, storia delle calibrazioni, gestione archivio trasduttori;

schermo da 10,4” TFT (1024x768) ad alto contrasto, touch-screen operativo in modalità ‘Tablet PC’.

Il software operativo di SoundBook è “Samurai” questo provvede al controllo dell’hardware di analisi durante la fase di misura, gestisce l’archivio dei trasduttori e dei set-up di misura, integra le funzioni di analisi statistica e di analisi FFT, provvede all’automazione delle procedure di calibrazione e di verifica di calibrazione, visualizza le misure con modalità a pannelli (splitter windows) utilizzando numerose modalità grafiche predefinite e facilmente personalizzabili.

Controlla le interazioni delle acquisizioni in multianalisi, memorizza i risultati su HD o altro tipo di memoria rimovibile, esegue le funzioni di ‘Playback’ con riproduzione audio in simultanea alle analisi, esporta le misure direttamente verso fogli elettronici tipo Excel o applicativi dedicati come ‘Noise & Vibration Works’, esporta i file audio nel formato wav o anche in formato testo, invia rapporti completi via e-mail.

L’accelerometro triassiale Brüel & Kjær tipo 4322 posto a contatto della superficie vibrante, trasforma l’energia vibrazionale (di tipo meccanico) in un segnale in carica elettrica.

Le caratteristiche di questo trasduttore sono: massa di 350 g;

asse y 1,005 pC/ms-2; asse z 0,987 pC/ms-2;

temperatura di impiego da -10°C a +70°C.

Particolare attenzione è stata data al fissaggio dell’accelerometro sul sedile di guida assicurandosi che gli assi fossero direzionati in conformità alla normativa UNI ISO 2631-1:2008, e quindi nel modo seguente:

▫ asse X, longitudinale (dorso – petto);

▫ asse Y, trasversale (lato destro – lato sinistro);

▫ asse Z, verticale (bacino – testa).

L’accelerometro triassiale B&K tipo 4321 posto a contatto della superficie vibrante, trasforma l’energia vibrazionale (di tipo meccanico) in un segnale in carica elettrica.

Le caratteristiche di questo trasduttore (n. serie 1701193) (Figura 39) sono: massa di 55 g; sensibilità a 159,2 Hz e 24°C: asse x 0,997 pC/ms-2_; asse y 0,988 pC/ms-2_; asse z 0,999 pC/ms-2_; temperatura di impiego da -74°C a +250°C.

Anche in questo caso è stata posta particolare attenzione al fissaggio dell’accelerometro sul telaio di ancoraggio del sedile, o

pianale della cabina, assicurandosi che gli assi fossero direzionati, sempre, in conformità alla normativa UNI ISO 2631-1:2008.

Il Calibratore PCB tipo 394C06 è caratterizzato da un sistema vibrante ad eccitazione elettromagnetica, con un accelerometro di tipo piezoelettrico per la servo-regolazione dell’ampiezza di vibrazione; fornisce un segnale campione di 9,835 ms-2 _{(r.m.s.), alla}

frequenza di 159,2 Hz.

Gli accelerometri sono trasduttori che convertono l’accelerazione alla quale sono sottoposti in un segnale elettrico di tensione o corrente proporzionale al valore della accelerazione stessa. Esistono diversi tipi di accelerometri a seconda del principio fisico sfruttato; fra i più utilizzati possiamo ricordare:

accelerometri con vibrometro; piezo-accelerometri;

accelerometri ICP (Integrated Circuit Piezoelectric); servo-accelerometri.

I più utilizzati sono i piezo-accelerometri in cui l’elemento elastico e sensibile è una lamina di quarzo. Il quarzo è un materiale piezoelettrico che, se sollecitato secondo una particolare direzione (asse elettrico), crea una distribuzione di carica sulle due facce opposte dell’elemento di quarzo(~2 pC/N).

La quantità di carica è proporzionale alla forza agente sull’elemento di quarzo e condizionando con opportuni amplificatori questa carica elettrica si ottiene appunto un segnale

elettrico proporzionale all’accelerazione a cui è sottoposto il trasduttore.

L’ampio range di sensibilità alle vibrazioni degli accelerometri piezoelettrici permette loro di essere in grado di misurare accelerazioni di tipo sinusoidale, di tipo “random” ed infine di tipo impulsivo. La sensibilità di un normale accelerometro per applicazioni generiche si attesta intorno ai 100 mVg-1; cioè il trasduttore è in grado di fornire una tensione alternata pari a 100 mV efficaci se esso è sollecitato con una accelerazione pari a quella di gravità (1 g = 9,81 ms-2) ad una opportuna frequenza. Mentre quella relativa ad un accelerometro per prove di shock si attesta intorno a 1 mVg-1. La risposta in frequenza tipica di accelerometri di tipo piezoelettrico varia al variare delle dimensioni e quindi della massa e può variare da qualche Hz fino a 40 kHz a seconda delle configurazioni[11].