L'attività di ricerca del Settore Elettromagnetismo Applicato è incentrata principalmente sulla generazione di modelli numerici e strumenti di calcolo per l'analisi dei materiali magnetici e dei sistemi elettrici ed elettromagnetici e sullo sviluppo di riferimenti e tecniche di misura di campi elettromagnetici, alte tensioni e forti correnti.

L'interesse verso la progettazione di attuatori "intelligenti" è in costante aumento e si traduce nello sviluppo di nuove tecniche di determinazione e misura delle caratteristiche e delle prestazioni dei materiali e dei dispositivi. Tale tendenza è confermata dal finanziamento ricevuto dalla Regione Piemonte nell'ambito dell'attività di ricerca denominata "Materiali magnetostrittivi per il controllo delle vibrazioni meccaniche". Tale attività, iniziata nel giugno 2006 e della durata di tre anni, ha attualmente prodotto diversi risultati. In particolare, si è delineato lo stato dell'arte nell'ambito degli attuatori magnetostrittivi ed è stato sviluppato un modello elettromagnetico agli elementi finiti di un attuatore completo. Tale modello è stato validato sperimentalmente, variando la frequenza di alimentazione fino a diverse centinaia di hertz. I futuri obiettivi dell'attività di ricerca sono la caratterizzazione magnetoelastica completa del materiale, e l'integrazione nel codice di calcolo di un modello evoluto del fenomeno della magnetostrizione.

Rappresentazione tridimensionale dell'attuatore magnetostrittivo analizzato e banco di prova e misura per la caratterizzazione elettromagnetica del dispositivo. Sulla "breadboard" sono presenti due tipi di attuatori magnetostrittivi, ed un attuatore piezoelettrico con controllo di posizione utilizzato per il confronto con i precedenti.

Nell'ambito dell'attività modellistica per la progettazione di schermi magnetici grigliati si è fatto ricorso alle tecniche matematiche di omogeneizzazione, che consentono di studiare strutture eterogenee, mediante la sostituzione con strutture omogenee equivalenti. In tal modo è stato possibile analizzare efficacemente sia griglie puramente conduttive sia lamiere grigliate in materiale ferromagnetico. I risultati ottenuti con il modello numerico sono stati validati sperimentalmente, variando la frequenza di alimentazione fino a 2 kHz, mediante un set-up di prova specifico per la verifica di schermature magnetiche.
Ulteriori attività di ricerca nell'ambito della mitigazione magnetica, ottenuta attraverso l'impiego di lastre magnetiche o conduttive, sono state svolte sotto forma di consulenze di progettazione e prova per aziende del settore elettrico. In particolare, si è sviluppato un sistema di mitigazione del campo magnetico prodotto da una linea trifase a 500 A, idoneo a ridurre i livelli di induzione, al suolo, al di sotto di 50 nT.

Fattore di schermatura di uno schermo grigliato in ferro 360, calcolato
e misurato per diversi valori del passo di griglia (grid step L).

È stata completata la caratterizzazione della camera anecoica nella gamma di frequenze da 500 MHz a 3 GHz, effettuando un'accurata valutazione del guadagno delle antenne standard horns e open-ended guides, utilizzate per la generazione dei campi di riferimento. Effettuata la caratterizzazione della camera, è stato analizzato il comportamento di alcuni misuratori di campo isotropici, reperibili in commercio, in presenza di segnali digitali a larga banda. Successivamente, è stata condotta una prima indagine variando i parametri associati al campo incidente (livello, frequenza, larghezza di banda e modulazione) nel caso di segnali Wi-Fi e Wi-Max.
Si è iniziato lo studio finalizzato alla valutazione della distribuzione di campo elettrico all'interno di celle TEM alimentate a bassa frequenza, mediante l'impiego di un modello numerico tridimensionale, basato sul metodo degli elementi al contorno. L'analisi è stata effettuata sia nel caso di cella vuota, sia valutando gli effetti della presenza di supporti in materiale dielettrico, utilizzati per il posizionamento del sensore durante la taratura. I risultati ottenuti numericamente sono stati validati mediante il confronto con misure effettuate nella cella TEM di proprietà dell'INRIM.
Infine è stato messo a punto un sistema per la generazione di campi magnetici di riferimento con forma d'onda distorta da utilizzarsi per la verifica del comportamento dei misuratori di campo di nuova generazione. Tali misuratori implementano "funzioni peso" normalizzate e forniscono, come grandezze di uscita, indici per la verifica della conformità alle prescrizioni riguardanti l'esposizione.

Distribuzione del campo elettrico calcolata all'interno di una cella TEM mediante un modello
numerico tridimensionale, basato sul metodo degli elementi al contorno.

Bobine di Helmholtz per la generazione di campi magnetici di riferimento
con forma d'onda sinusoidale e distorta fino a 100 kHz.

Si è proceduto alla realizzazione e alla caratterizzazione di un sistema di misura di riferimento, utilizzabile per le misure di tensione nelle prove di corto circuito in bassa tensione. Tale sistema è costituito da quattro trasduttori di tensione, un sistema di trasmissione a quattro canali, un complesso di amplificatori opto-isolati e una scheda A/D a più canali. I trasduttori di tensione sono partitori con circuito resistivo-capacitivo, tensione massima in ingresso di 3 kV e impedenza di bassa tensione intercambiabile per ottenere più valori di rapporto. Principalmente, l'attività svolta è stata dedicata al miglioramento delle caratteristiche dei divisori. La scelta di condensatori ceramici ad alta stabilità e di opportuni resistori a strato metallico ha permesso di ridurre la deriva termica del rapporto di partizione ad un livello inferiore a 50 ppm/°C. L'adattamento tra le impedenze di alta e di bassa tensione ha permesso di ottenere una banda passante maggiore di 700 kHz, consentendo l'impiego del sistema nella misura della tensione transitoria di ritorno. Inoltre l'alta stabilità termica sarà particolarmente utile nell'utilizzo per tarature in sito.
Attualmente è in fase di caratterizzazione un partitore con tensione massima in ingresso di 36 kV, concepito per la realizzazione di misure di tensione nelle prove di corto circuito delle apparecchiature di media tensione.

Divisori di tensione resistivo-capacitivi per la misura della tensione transitoria di ritorno.

Con l'ausilio di un modello numerico tridimensionale, basato sul metodo degli elementi al contorno, è stata progettata una nuova cella elettrochimica per la misura della conducibilità elettrolitica. La particolarità di tale dispositivo innovativo, sviluppato in collaborazione con il Settore Metrologia Elettrica, è la disposizione a matrice di un elevato numero di elettrodi di alimentazione. Tale configurazione garantisce l'estensione della capacità di misura in un ampio intervallo di variazione della conducibilità elettrolitica. La versatilità della nuova cella è dovuta principalmente alla struttura a più elettrodi, che permette di modificare la costante di cella con una semplice variazione del numero e della posizione degli elettrodi attivi.

Andamento in frequenza, calcolato e misurato, delle componenti reale e immaginaria dell'impedenza della cella, in corrispondenza di una configurazione a scacchiera degli elettrodi attivi.