Sviluppo di innovativi sensori di campo magnetico con aspetti di tuning per un ampio campo operativo

L'attività di ricerca discussa nella seguente tesi si basa sull'implementazione, fabbricazione e caratterizzazione di un sensore di campo magnetico integrato nella tecnologia PiezoMUMPs, da utilizzare in due contesti applicativi differenti, come la mappatura del campo magnetico disperso in un acceleratore di particelle e " parcheggio per città intelligenti ". La dualità dell'applicazione è correlata alla tipologia del menzionato progetto di dottorato che il Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca (MIUR) ha sovvenzionato con la clausola di trascorrere un periodo all'estero, in un'entità di ricerca e un periodo di tempo in un'azienda . Nel dettaglio, le due istituzioni coinvolte nel progetto sono l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN), a Ginevra, e la società Paradox Engineering, a Novazzano, rispettivamente per la dispersione del campo magnetico in un acceleratore di particelle e per l'applicazione "città intelligenti". Pertanto, tenendo conto del fatto che il rilevamento dei campi magnetici da misurare è completamente diverso in entrambi i casi, l'obiettivo da raggiungere è stato la realizzazione di un dispositivo microelettromeccanico integrato sintonizzabile con un ampio campo operativo, ovvero [1 μT - 2 T ]. Come spiegato più avanti, il campo operativo è stato selezionato considerando l'alterazione del campo geomagnetico generato da un'auto per l'estremo inferiore, mentre gli alti campi magnetici (B ~ 2 T), utilizzati nel tunnel Large Hadron Collider (LHC) per deviare i gruppi di particelle protoniche, per l'estremo superiore. La sfida è stata correlata all'opportunità di utilizzare lo stesso sistema microelettromeccanico (MEMS) per rilevare e misurare campi magnetici statici o quasi statici completamente diversi. Un'altra caratteristica importante in termini di realizzazione è stata collegata alla strategia di lettura; in effetti, in relazione a questo punto, sono state studiate diverse soluzioni (uscita resistiva, capacitiva, ottica e piezoelettrica) al fine di perseguire l'obiettivo di un sensore di campo magnetico a basso consumo, circuito di condizionamento ridotto e in grado di auto-generarsi. Pertanto, il seguente manoscritto è stato suddiviso in quattro capitoli:  nel capitolo I sono stati descritti i magnetometri azionati dalla forza di Lorentz per esaminare il meccanismo di attuazione;  nel capitolo II è stata analizzata una categoria specifica di magnetometri a forza di Lorentz, U-shaped beam cantilevers, prestando attenzione a diverse tecnologie di fabbricazione e strategie di lettura (resistive, capacitive, ottiche e piezoelettriche); in dettaglio, la tecnologia PiezoMUMPs è stata stimata come la più promettente;  nel capitolo III, l'attività di ricerca si è concentrata su una nuova architettura di U-shaped beam cantilever, dispositivo MEMS Meander, che è stata esaminata in termini di modello statico e dinamico (attraverso Matlab-Simulink) e analisi FEM per valutare lo stress, spostamento e analisi modale (usando Comsol Multiphysics); inoltre, è stato utilizzato il MEMSPro CAD per realizzare i layout;  nel capitolo IV, sono state illustrate le fasi di test e caratterizzazione del dispositivo MEMS integrato, dapprima come accelerometro e successivamente come sensore di campo magnetico; sono stati discussi i risultati preliminari, provenienti dalle misurazioni implementate al CERN, a Ginevra, e presentata la fabbricazione di una seconda serie di prototipi MEMS con la realizzazione di un circuito di condizionamento idoneo per eseguire misure sperimentali presso la società Paradox Engineering, a Novazzano . Sfortunatamente, la pandemia dovuta al virus COVID-19 ha comportato l'interruzione del regolare svolgimento dell'attività.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2020

Author dc:creator

• SINATRA, VALENTINA MARIA

Contributors dc:contributor

• BAGLIO, Salvatore

• Lorentz force magnetometer, PiezoMUMPs Technology, MEMS device, Wide operative range
• Magnetometri a Forza di Lorentz, Tecnologia PiezoMUMPs, Sensore MEMS, Ampio campo operativo

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/581827

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/581827