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Tesi etd-09282010-133650


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
FIRPI, STEFANO
URN
etd-09282010-133650
Title
Sviluppo di un array di idrofoni in fibra ottica basati sulla tecnologia DBR-FL
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
FISICA APPLICATA
Commissione
relatore Prof. Beverini, Nicolò
Parole chiave
  • laser
  • fibre ottiche
  • sensori
  • idrofoni
Data inizio appello
15/10/2010;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
In questo elaborato mi propongo di discutere lo sviluppo di un idrofono in fibra ottica che possa sostituire i più comuni sensori piezoelettrici commerciali. L'interesse per un tale progetto è dovuto alle molteplici applicazioni possibili, dallo studio dei cetacei alla sicurezza, come la sorveglianza dei porti o aree sensibili marine, fino ad un possibile utilizzo come rivelatori di particelle, in particolare neutrini UHE.

Il sensore analizzato si basa su un laser di tipo Fabry-Perot in cui la cavità è realizzata fotoincidendo reticoli di Bragg direttamente nel core della fibra drogata all'Erbio, formando così un DBR-FL. Quando una perturbazione incide sul laser lo sottopone a stress meccanico che ne varia la lunghezza d'onda di emissione, rendendo possibile la rivelazione della perturbazione stessa.

Per aumentare ulteriormente la sensibilità dell'idrofono si utilizza una rivelazione interferometrica, grazie alla quale, si dimostra che il minimo segnale rivelabile è inversamente proporzionale allo sbilanciamento tra i bracci dell'interferometro. Grazie all'accurata progettazione della rivelazione interferometrica la minima perturbazione rivelabile diventa virtualmente, dell'ordine del DSS0, ovvero il rumore di fondo dell'oceano.

Per migliorare ulteriormente le prestazioni dell'idrofono, e in particolare l'omogeneità della risposta su tutto il range di frequenze di interesse, il laser è ricoperto da un cilindro di materiale scelto accuratamente, la cui risposta in frequenza è stata studiata attraverso l'analisi dei modelli matematici di interazione acustica-strutturale. Le equazioni sono state risolte grazie all'utilizzo di un programma di simulazioni ad elementi finiti, il COMSOL Multiphysics, che ha permesso di calcolare teoricamente la deformazione dei materiali utilizzati come coating per il nostro idrofono.

Infine, grazie alla possibilità offerta dal wavelenght-multiplexing, è stato sviluppato e testato in mare, quindi in ambiente non controllato, un array formato da 2 idrofoni, costruiti sulla medesima fibra ottica, e monitorati da remoto. Attualmente questa è la prima calibrazione in ambiente “reale” presente in letteratura di un array di idrofoni in fibra ottica.
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