Capitolo 5
Conclusioni
Nei precedenti capitoli, abbiamo introdotto il concetto di misura di distanza per l’uomo, ne abbiamo raccontato la storia, evidenziando l’importanza dell’ottica nel settore nell’ultimo cinquantennio. Abbiamo anche spiegato le tre principali metodologie che si usano al giorno d’oggi per operare tali misure ed abbiamo analizzato vari strumenti che funzionano grazie ad esse. In più abbiamo portato più esempi di come si effettua la misura sottolineando l’importanza dell’uso dei prismi. Ora, per concludere, dobbiamo ricapitolare le tre metodologie:
a) l’interferometria
b) la telemetria a modulazione di fascio ( “ phase shift ” ) c) il metodo del tempo di volo ( “ pulse delay ” ).
Esse si basano su tre idee differenti, la prima valuta la distanza tramite frange di interferenza; la seconda la valuta per mezzo della differenza di fase tra un segnale luminoso modulato che viene inviato e il corrispondente segnale di ritorno; la terza fonda sull’intuizione di Galileo di contare il tempo che un impulso di luce impiega nel viaggiare da un punto all’altro ed ottenere la distanza.
Essendo tre metodi piuttosto diversi sono adoperati per misure diverse.
L’interferometria è usata per lo più per misure di distanze assai piccole ( in genere al di sotto dei 10 m ) e le sue applicazioni nel campo delle misure di distanza sono i controlli dimensionali nei macchinari industriali, le deformazioni degli oggetti sottoposti a svariate sollecitazioni e la calibrazione di moltissimi strumenti di misura della distanza funzionanti con metodi differenti.
Il suo limite principale è quello di non riuscire a misurare distanze medie ed elevate.
I settori dove è molto in voga esulano dall’interesse di questa tesi e sono l’olografia ( rilievo e ricostruzione dei profili di superfici ) e la misura della velocità ( grazie all’effetto Doppler ).
La “ phase shift ” è, al contrario, la metodologia più affermata per le misure di distanza.
Praticamente la grande maggioranza degli strumenti ( le cosiddette ‘ stazioni ’ ) topografici odierni sfruttano questa metodologia, essi misurano da decine di metri a un centinaio di chilometri, come si è visto nel capitolo 3 dove abbiamo presentato le loro principali problematiche e osservato le tecniche per risolverle o quanto meno attenuarle.
La “ pulse delay ” invece è una metodologia in grande ascesa, perché con l’introduzione e lo sviluppo dei laser ad impulsi giganti ha superato molti dei suoi limiti. Crea comunque difficoltà nelle misure di piccole quantità, ma varia dalle misure medie ( 1 km ) a quelle siderali ( si è portato l’esempio della misura precisa della distanza Terra-Luna ).
Il futuro di questo metodo sembra radioso.
Per tutti i metodi che abbiamo segnalato il nemico più importante è l’ambiente, in particolare il mezzo che la luce attraversa, cioè l’aria. Le variazioni di temperatura, pressione ed umidità influenzano negativamente il calcolo. Esistono ( e li abbiamo illustrati ) più metodi matematici e pratici per attenuare questa perniciosa influenza. Da questo punto di vista, crediamo che nei prossimi anni ci saranno ancora miglioramenti.
Chiudiamo con i numeri, un buon strumento topografico, oggi, si può permettere un errore assoluto massimo di 1 mm a cui va aggiunto un errore relativo non superiore a 1 p.p.m..
Il nostro lavoro, lungi dal voler fare affermazioni definitive, speriamo che possa rappresentare una buona analisi ed una incisiva carrellata delle metodologie di misura della distanza per via ottica sottolineando gli ostacoli che s’incontrano nelle misure ed i probabili sviluppi futuri del settore.
Ringraziamenti
A conclusione di questa tesi di laurea, sento il bisogno e il dovere di ringraziare quanti mi hanno sostenuto nella realizzazione di questo lavoro.
Un grazie di cuore va al mio primo relatore, il Prof. Paolo Emilio Bagnoli, docente della facoltà di Ingegneria dell’Università di Pisa, che, con la sua cultura e la sua esperienza, mi ha indirizzato, seguito e consigliato con interesse ed entusiasmo, fornendo così un prezioso contributo al mio lavoro.
Desidero, poi, ricordare l’ing. Gabriella Caroti e l’intero istituto di Topografia e Fotogrammetria del Dipartimento di Ingegneria civile dell’Università di Pisa per la gentilezza e l’interesse dimostratomi.
Grande disponibilità nei miei confronti ha mostrato anche il Sales Manager della Divisione Metrologia per l’Italia della “ Leica Geosystems ” Cesare Cassani fornendomi cortesemente tutto il materiale da me richiesto per lo sviluppo dell’opera.
Alla fine dell’esperienza universitaria, corre l’obbligo di ringraziare i miei genitori, Vito e Lillina, e i miei familiari più intimi. Essi mi hanno sostenuto e incoraggiato moralmente ed economicamente, hanno gioito con me nei momenti belli, ma hanno anche pazientemente sopportato i miei sfoghi e le mie frustrazioni nei troppi anni spesi nella lunga e faticosa impresa di giungere a questa laurea.
Così alcuni pochi amici e amiche ( Don Aldo, Angelo, coloro con cui ho diviso l’appartamento e l’avventura universitaria, ed altri ancora ) vanno ringraziati per avermi aiutato e appoggiato.
Non riesco a vivere pienamente la gioia di questo momento. Si dice, di solito, che bisogna far le cose per se stessi e non per gli altri, non è così!
Se nell’aula magna, a vedermi laureare, ci fosse una persona che, purtroppo, non c’è più, sarebbe diverso, forse basterebbe vederla sorridere fiera di me per sentirmi contento, forse… ma così non sarà, mia nonna Adelaide non ci sarà… ed ‘ io mi perdo nel fumo di mille parole per fingere che.. cerco ancora qualcosa nel silenzio che c’è ’.
Bibliografia
-- P. E. BAGNOLI, “ Appunti dalle lezioni del corso di Optoelettronica II ”,
facoltà di Ingegneria Elettronica, Università degli studi di Pisa.
-- G. IANNACCONE, “ Appunti dalle lezioni del corso di Misure Elettroniche I ”,
facoltà di Ingegneria Elettronica, Università degli studi di Pisa.
-- A.A.V.V., a cura di R. FIESCHI, “ Enciclopedia della Fisica ” vol. 2, ISEDI,
Istituto editoriale internazionale, 1976; in particolare
sez. 13 O. SVELTO, S. FRANCHI, C. GHEZZI, C. BUCCI, “ Tecniche e
dispositivi speciali. Laser e maser ”.
-- A.A.V.V., a cura di D. C. WILLIAMS, “ Optical methods in engeneering metrology ”, Chapman and Hall, 1993; in particolare
sez. 1 “ Introduction ”,
sez. 5 P.GILL, “ Laser interferometry for precision engineering metrology ”.
-- M. CIAMPI, L. DEL CORSO, L. VERRAZZANI, “ Teoria dei segnali. Segnali
aleatori ”, Edizioni ETS, 1994.
-- L. COLOMBO, A. SELVINI, “ Sintesi di una storia degli strumenti per la
misura topografica ”, articolo estratto da “ Rivista del catasto e dei servizi tecnici erariali ”, 1988.
-- J. J. O’CONNOR, E. F. ROBERTSON, “ The history of measurement ”, da
history topics, School of mathematics and statistics, University of St’Andrews, Scotland, BIPM, Aprile 2003.
-- T. W. COPELAND – DAVIS E. MENANT, “ The Kern Mekometer Me5000
and short distance measurements ”, GROUP LEP, 1989.
-- S. FAETTI, M. ALLEGRINI, “ Corso di Fisica II ”, Edizioni “ Il Campano ”
Pisa, 1992.
-- T. A. GRENWOOD, “ Practice report. Rapid contour measurement of
composite structures utilizing a 3D tracking interferometer ”, Leica AG, Heerbrugg, Svizzera, 1993.
-- A. MANZINO, “ Dispense di Topografia ”, parte III – “ strumenti e metodi di
-- J. C. OWENS, “ Laser applications in metrology and geodesy ” in “ Laser
Applications ” ( A.A.V.V., a cura di M. ROSS ), Academic Press, New York, 1971.
-- J. F. READY, “ Industrial applications of lasers ”, Academic Press, New York,
1976, versione italiana:
J. F. READY, “ Applicazioni dei laser ”, trad. di S. De Silvestri e P. Laporta,
Tecniche Nuove, Milano, 1983.
-- A. SONA, “ lasers in metrology ”, in “ Laser Handbook ”, vol. 2 ( A.A.V.V., a cura di F. T. ARECCHI e E. O. SCHULZ-DUBOIS ), North Holland Publ., Amsterdam, 1972.
-- Dati degli strumenti forniti dai ‘ Data-sheet ’ e dalle ‘ Caratteristiche tecniche ’ reperibili nei settori vendita delle ditte produttrici.
-- Informazioni tecnico-pratiche anche dal curriculum LEOT ( Laser Electro-Optics Technology ) Tutorial appartenente al CORD ( Center for Occupational Research and Development ), Waco, Texas, USA, 2001.
-- F. RENGA, “ Tracce di te ”, dall’album “ Tracce ”, 2001.
Altri riferimenti
-- P. L. BENDER, J. C. OWENS, “ Correction of optical distance measurements
for the fluctuating atmospheric index of refraction ” in “ Journal of Geophys. ”, 1965.
-- E. BERGSTRAND, “ Ark. for Fys. ”, 1950.
-- M. COLI, G. ERTMAN, “ Metodi e strumenti di misura elettrici ed elettronici ”,
Patron, Bologna, 1972.
-- S. DONATI, E. GATTI, O. SVELTO, “ The statistacal behavior of the
scintillation detector: theory and experiments ” in “ Advances in Electronics and Electron Physics ” ( a cura di L. L. MARTON ), Academic Press Inc., New York, 1969.
-- D. FINDLAY, D. W. GOODWIN, “ The Neodimium in YAG laser ”, in
-- J. D. FOSTER, “ Fringe counting laser interferometers for industrial lenght
measurement ”, Sandia Corp., Livermore, California, 1965.
-- A. KAROLUS, O. MITTELSTADT, “ Phys. ”, 1928.
-- A. K. LEVINE, “ Lasers ”, Dekker, 1966; in particolare R. W. HELLWARTH,
“ Q modulation of lasers ” e V. EVTUHOV, J. K. NEELAND, “ Pulsed ruby-lasers ”.
-- MAYINGER, FELDMANN, “ Optical measurements: techniques and
applications ”, Springer, 2001.
-- M. MANCIANTI, “ Lezioni di comunicazioni elettriche ”, ETS, 1991. -- A. E. SIEGMAN, “ Lasers ”, University Science Books, 1986.
-- P. W. SMITH, M. A. DUGUAY, E. P. IPPEN, “ Mode-locking of lasers ” in “Progress in quantum electronics”, Academic Press, 1970.
-- A. A. VUYLSTEKE, “ Theory of laser regeneration switching ” in “ Journal of
Applied Physics ”, AIP, 1963.
-- W. A. WELITSCHKO, W. P. WASSYLIEV, W. W. GOLLSOW, “ Geodesija i
