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Tesi etd-05082006-150125


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
Brisigotti, Silvia
email address
silviabrisigotti@yahoo.it
URN
etd-05082006-150125
Title
studio di fattibilità di un gradiometro gravitazionale differenziale
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
FISICA APPLICATA
Commissione
relatore Prof. Beverini, Nicolò
Parole chiave
  • accelerometro
  • cavità whispering gallery
  • gradiometro gravitazionale
Data inizio appello
26/05/2006;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
Con questo lavoro di tesi si vuole studiare la realizzazione di un gradiometro<br>gravitazionale sensibile alla componente diagonale zz del tensore<br>gradiente di gravitá.<br>La misura del gradiente di gravitá permette di individuare depositi rocciosi<br>con diversa densitá rispetto alle rocce circostanti, o individuare un vuoto,<br>per esempio un giacimento di gas o cavitá sotterranee, di quantificare l&#39;effet-<br>to sul campo gravitazionale terrestre dovuto alla presenza di catene montuose<br>o, ancora, di monitorare la risalita del magma lungo i condotti vulcanici.<br>A differenza dei gradiometri gravitazionali presenti in commercio, il nostro<br>strumento sará caratterizzato da peso e dimensioni ridotte, per renderne<br>facile il trasporto, e l&#39;obiettivo sarµa di raggiungere risoluzioni migliori di 10<br>Eö su un tempo di acquisizione di 1 secondo. Il gradiometro<br>progettato consiste in due accelerometri verticali identici, posti verticalmente<br>l&#39;uno sull&#39;altro ad una distanza fissa di 15 cm.<br>Il segnale utile per la misura del gradiente di gravitá viene estratto come<br>differenza dei segnali in uscita da ciascun accelerometro tramite un sistema<br>di lettura interferometrico a microonde.<br>Il singolo accelerometro é costruito a partire da una lastra di materiale<br>monocristallino, nella quale, con una fresa ad ultrasuoni, é scavata una leva<br>mobile. L&#39;uso di un blocco unico per la costruzione della leva mobile, senza<br>giunzioni e incollaggi, garantisce la massima stabilitá della struttura nel tem-<br>po ed alti fattori di qualitá Q meccanici. Questa struttura mobile funziona<br>come pendolo di torsione: applicando una forza Fz alla massa di prova del-<br>l&#39;accelerometro viene prodotta una torsione del pendolo, il quale si flette<br>sotto la forza peso. La massa di prova, dell&#39;accelerometro é, nel nostro caso,<br>un disco di zaffiro e ciascun risuonatore é formato dal disco applicato alla<br>leva mobile e da un disco identico fissato alla struttura portante. La torsione<br>del pendolo cambia la distanza tra i dischi, che, per valori standard di g ab-<br>biamo preso essere di 0.1 mm. Il sensore, cosí<br>strutturato, é una cavitá che<br>risuona nei modi Whispering Gallery (WG) del campo elettromagnetico, la<br>cui frequenza di risonanza dipende dalla distanza tra i due dischi. Tali modi<br>sono generati dalla riflessione totale del campo elettromagnetico sulla superficie esterna del disco dielettrico.<br>L&#39;effcienza di un trasduttore posizione-frequenza dipende dal prodotto del fattore di qualitá Q per la variazione della frequenza di risonanza al variare della posizione<br>relativa dei due dischi. Quest&#39;ultimo termine é detto coefficiente di accord-<br>abilitá e determina la sensibilitá allo spostamento del trasduttore stesso, i<br>modi Whispering Gallery hanno il vantaggio di presentare sia alti Q che alti<br>coefficienti di accordabilitá.<br>Le prove sperimentali eseguite hanno permesso lo studio dei modi W.G. e delle frequenze di risonanza del trasduttore, in base alle quali é stato<br>scelto il modo a cui lavorare, caratterizzato da un valore di Q di circa 54000<br>ed un valore del coefficiente di accordabilitá di circa 6000 MHz/mm, in accordo con i dati teorici.<br>Il segnale utile per la misura del gradiente di gravitá viene estratto dalla<br>misura diretta della differenza di posizione delle masse di prova dei due tras-<br>duttori, tramite un sistema di lettura interferometrico a microonde, con cui<br>l&#39;accelerazione differenziale viene rivelata misurando la differenza delle fre-<br>quenza di risonanza dei due accelerometri.<br>Il sistema di lettura interferometrico permette di ridurre l&#39;effetto del rumore<br>di fase della sorgente a microonde sulla misura, il quale, spesso, limita la sen-<br>sibilitá dello strumento. Uno dei due risuonatori viene usato due volte: prima<br>in un circuito oscillatore, per generare un segnale a microonde la cui frequen-<br>za dipende dalla frequenza di risonanza del risuonatore stesso, poi in uno<br>dei due rami del circuito interferometrico. La potenza trasmessa su ciascun<br>ramo viene ricombinata e questo segnale viene misurato in maniera coerente<br>tramite il mixer, pilotato dal circuito oscillatore. L&#39;uscita del mixer é un<br>segnale che, una volta fissato il punto di lavoro opportuno, é proporzionale<br>alla differenza di fase dei segnali riflessi dai due trasduttori, dalla quale si<br>puó risalire alla differenza di posizione dei dischi dei risuonatori.
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