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• Geofono

L’obiettivo di questa tesi è stato quello di progettare un sensore di spostamento che fosse in grado di estendere la sua sensibilità alle basse frequenze, mantenendo allo stesso tempo un livello di rumore molto basso. A questo scopo è stato scelto di utilizzare come base di partenza un geofono, che, sebbene non soddisfi in partenza le specifiche richieste, è in grado di garantire un basso rumore meccanico ed un output in velocità, che permette di ottenere lo spostamento mediante singola integrazione del segnale di uscita. A seguito dello studio e dell’analisi delle principali tecniche presenti in letteratura per l’estensione della banda di un geofono, è risultato chiaro come quelle basate su reazione di forza fossero le uniche in grado di compensare la risposta in frequenza del sensore per renderla adatta all’applicazione. Dovendo quindi lavorare con un sistema in reazione e dovendo di conseguenza pilotare elettricamente il geofono con una corrente di controllo, si è reso dunque imprescindibile avere a disposizione un modello matematico del geofono che tenesse conto anche dei parametri elettrici parassiti, e che permettesse di considerarli nell’ambito della progettazione del sistema di controllo e nella relativa analisi di stabilità. Tale modello, sia matematico che circuitale, è stato presentato e validato sia tramite simulazioni LTSpice, che hanno confermato la fedeltà nella riproduzione delle interazioni elettromeccaniche, sia tramite prove sperimentali, per l’estrapolazione e la modellazione dei parametri elettrici parassiti, specifici per ogni modello di geofono. È stato inoltre presentato un circuito elettronico che permette la realizzazione della reazione di forza su un geofono, anch’esso validato da simulazioni LTSpice e corredato di un modello analitico simulato su MATLAB, che si pone come base per lo sviluppo di algoritmi di controllo più complessi. Infine, è stato presentato un primo prototipo realizzato tramite scheda a componenti discreti, con algoritmo di controllo realizzato su microcontrollore, tramite il quale sono stati ricavati buoni dati sperimentali, a conferma della efficacia del circuito proposto. Nello specifico, è stata implementata con successo una reazione proporzionale pura ed è stata caratterizzata la risposta del sistema risultante. Per quanto riguarda invece la reazione proporzionale-derivativa, sono state riscontrate le problematiche di stabilità già evidenziate in fase di simulazione, che sarà interessante analizzare nell’ambito di sviluppi futuri.