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MODELLI FEM DI TRASDUTTORI CAPACITIVI REALIZZATI CON LA TECNICA DEL MICROMACHINING.

Obiettivo del progetto che qui si propone è quello di studiare, simulare e caratterizzare un trasduttore multielemento realizzato tramite la tecnologia dei cMUT, che costituisce l’elemento attivo delle sonde ecografiche.Per raggiungere questo obiettivo saranno sviluppati dei modelli FEM della struttura capaci di prevedere l’interazione tra il campo elettrico applicato ed il campo degli spostamenti generati e viceversa, in modo da riuscire a caratterizzare sia il comportamento in trasmissione che quello in ricezione del trasduttore. Sarà utilizzato il software ANSYS, specifico per la modellazione di problemi di interazione fluido-strutturale-elettrostatico, verrà studiata specificamente l’interazione tra il campo elettrico applicato alla struttura ed il campo degli spostamenti generati, e viceversa. Questo aspetto dell’analisi è del tutto originale in quanto il codice ANSYS permette di analizzare l’accoppiamento elettrostatico-strutturale solo in regime stazionario, per cui queste potenzialità vanno estese nel dominio della frequenza. Lo sviluppo di un modello FEM molto evoluto della struttura permetterà anche l'ottimizzazione del processo tecnologico, andando ad individuare la disposizione ottimale degli elettrodi, in modo da limitare al massimo effetti indesiderati quali la formazione di giunzioni rettificanti e capacità parassite e quindi massimizzare la sensibilità del trasduttore. Inoltre, sarà presa in considerazione la possibilità di separare le sezioni di trasmissione e di ricezione, considerando che per questo tipo di trasduttore questa è una possibile soluzione.I risultati del modello saranno confrontati con delle misure elettriche e meccaniche effettuate su prototipi appositamente realizzati. Per effettuare le misure di tipo elettrico l'Unità di Ricerca ha messo a punto un sistema automatico gestito da PC che, utilizzando l'analizzatore di impedenza HP 4194-A in dotazione, permette di effettuare in maniera automatica misure di impedenza elettrica e di capacità sui vari elementi e sull’intero trasduttore. Queste misure consentiranno anche di raffinare i modelli sviluppati in modo da ottenere una migliore rispondenza del modello FEM sviluppato alla realtà fisica.Infine, per caratterizzare il comportamento vibrazionale della struttura sarà messo a punto un sistema automatico capace di misurare e ricostruire il campo delle velocità di vibrazione sulla superficie del trasduttore. Il sistema sarà basato su un vibrometro ad interferometria laser della Polytec, serie OFV-5000, in dotazione all'Unità di Ricerca; il vibrometro ha come uscita una tensione proporzionale alla velocità con cui vibra la superficie da misurare, per cui esso sarà connesso ad un oscilloscopio (Lecroy mod. WaveRunner 104 Mxi), in modo da acquisire la tensione elettrica in uscita da questo strumento e quindi misurare la velocità di vibrazione. Infine, per la scansione nelle direzioni x e y della superficie vibrante del trasduttore saranno utilizzate due slitte motorizzate con relativi controllori (Physik Instrumente). Il sistema di misura è completato da un generatore di funzioni che alimenta il trasduttore ed un PC che gestisce tutto il sistema. Le misure effettuate permetteranno di misurare la risposta in frequenza del trasduttore in un punto fissato, e di misurare il profilo di velocità sulla superficie vibrante del trasduttore a frequenza fissata.