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SVILUPPO DI UN SISTEMA DI MISURA E ANALISI DEL FENOMENO DELLA CAVITAZIONE IN CAMPO OCULISTICO Tesi di laurea triennale Laureando: Matteo Corona Tesi di.

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1 SVILUPPO DI UN SISTEMA DI MISURA E ANALISI DEL FENOMENO DELLA CAVITAZIONE IN CAMPO OCULISTICO Tesi di laurea triennale Laureando: Matteo Corona Tesi di laurea triennale Laureando: Matteo Corona

2 Sommario: Obiettivi Cenni sul fenomeno della cavitazione acustica Descrizione del dispositivo e del circuito utilizzati Sistema ottico di analisi Conclusioni Obiettivi Cenni sul fenomeno della cavitazione acustica Descrizione del dispositivo e del circuito utilizzati Sistema ottico di analisi Conclusioni

3 Obiettivi: Cercare di innescare il fenomeno della cavitazione acustica in un fluido per indagare se questo fenomeno puo verificarsi nell operazione della cataratta, emulando lazione dei facoemulsificatori. Sviluppare un sistema di misura per studiare il fenomeno su determinate condizioni di lavoro. Cercare di innescare il fenomeno della cavitazione acustica in un fluido per indagare se questo fenomeno puo verificarsi nell operazione della cataratta, emulando lazione dei facoemulsificatori. Sviluppare un sistema di misura per studiare il fenomeno su determinate condizioni di lavoro.

4 La cavitazione acustica: Causa: Sotto l azione di una punta vibrante il fluido e sottoposto a pressioni positive e negative (viene cioe compresso e dilatato). Propagazione in un fluido di onde ultrasoniche con elevati valori di ampiezza e frequenza. Causa: Sotto l azione di una punta vibrante il fluido e sottoposto a pressioni positive e negative (viene cioe compresso e dilatato). Propagazione in un fluido di onde ultrasoniche con elevati valori di ampiezza e frequenza.

5 La cavitazione acustica: Si verifica quando la pressione assume un valore negativo di sufficiente ampiezza, quando cioe la distanza media tra le molecole supera la distanza critica necessaria per mantenere il fluido intatto. Generazione di bolle a partire da alcuni nuclei, costituiti da minute impurit à che contengono dei gas intrappolati in piccole fratture; il gas contenuto nella cavit à può aumentare notevolmente il suo volume. Si verifica quando la pressione assume un valore negativo di sufficiente ampiezza, quando cioe la distanza media tra le molecole supera la distanza critica necessaria per mantenere il fluido intatto. Generazione di bolle a partire da alcuni nuclei, costituiti da minute impurit à che contengono dei gas intrappolati in piccole fratture; il gas contenuto nella cavit à può aumentare notevolmente il suo volume.

6 La cavitazione acustica: Effetto: Bolle di cavitazione stazionarie. Oscillano intorno al loro raggio di risonanza. Bolle di cavitazione transienti. La cavit à è sottoposta a violente fluttuazioni del raggio che causano l implosione della stessa. Quando la pressione acustica torna positiva, collassano violentemente emettendo delle onde d urto. Effetto: Bolle di cavitazione stazionarie. Oscillano intorno al loro raggio di risonanza. Bolle di cavitazione transienti. La cavit à è sottoposta a violente fluttuazioni del raggio che causano l implosione della stessa. Quando la pressione acustica torna positiva, collassano violentemente emettendo delle onde d urto.

7 Il dispositivo utilizzato: E un risonatore meccanico.

8 Il dispositivo utilizzato: Costituito da: Due ceramiche piezoelettriche contrapposte (con f risonanza =3MHz). Riflettore in acciaio 316. Per disadattare limpedenza con laria e quindi massimizzare la potenza trasmessa alle ceramiche. Costituito da: Due ceramiche piezoelettriche contrapposte (con f risonanza =3MHz). Riflettore in acciaio 316. Per disadattare limpedenza con laria e quindi massimizzare la potenza trasmessa alle ceramiche.

9 Il dispositivo utilizzato: Adattatore di impedenza iperbolico in alluminio: Per adattatre limpedenza di uscita con quella dell acqua. Modellizzabile come un oscillatore al quarzo. Si e misurato: f risonanza =103,8 KHz R risonanza =100 C =6,807 nF Adattatore di impedenza iperbolico in alluminio: Per adattatre limpedenza di uscita con quella dell acqua. Modellizzabile come un oscillatore al quarzo. Si e misurato: f risonanza =103,8 KHz R risonanza =100 C =6,807 nF

10 Il dispositivo utilizzato: Modifica: E stato incollato un ago in acciaio 316 per emulare la punta vibrante di un facoemulsificatore. Problema: Trovare la lunghezza dellago tale che la potenza trasmessa fosse massima stimata, ipotizzando una propagazione longitudinale, mediante: Modifica: E stato incollato un ago in acciaio 316 per emulare la punta vibrante di un facoemulsificatore. Problema: Trovare la lunghezza dellago tale che la potenza trasmessa fosse massima stimata, ipotizzando una propagazione longitudinale, mediante:

11 Il circuito di alimentazione: Si e realizzato una amplificatore di potenza a simmetria complementare (CMOS).

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13 Tensione di uscita

14 Il circuito di alimentazione: Nella realizzazione fisica sono state apportate alcune modifiche: Introduzione di un buffer per proteggere il generatore di funzioni. Introduzione di due linee di alimentazione con relativi condensatori di filtro: Per il Buffer (15 V). Per il Pmos (90 V). Introduzione di un condensatore da 600pF per adattare la risonanza elettrica e meccanica. Nella realizzazione fisica sono state apportate alcune modifiche: Introduzione di un buffer per proteggere il generatore di funzioni. Introduzione di due linee di alimentazione con relativi condensatori di filtro: Per il Buffer (15 V). Per il Pmos (90 V). Introduzione di un condensatore da 600pF per adattare la risonanza elettrica e meccanica.

15 Sistemi ottici di analisi: Metodo dei polarizzatori incrociati: Luce non polarizzata: tutte le direzioni di oscillazione del campo luminoso sono egualmente probabili e consentite. Luce polarizzata: viene effettuata una operazione di filtraggio di un particolare piano di oscillazione rispetto a tutti gli altri. Metodo dei polarizzatori incrociati: Luce non polarizzata: tutte le direzioni di oscillazione del campo luminoso sono egualmente probabili e consentite. Luce polarizzata: viene effettuata una operazione di filtraggio di un particolare piano di oscillazione rispetto a tutti gli altri.

16 Sistemi ottici di analisi: Funzionamento : Si pone pone un primo filtro polarizzante e, dopo di esso, un altro con direzione consentita perpendicolare al primo. Si ottiene idealmente un oscurazione totale della luce; ogni variazione di fase luminosa tra i due polarizzatori fara passare una componente luminosa a valle del secondo filtro. Funzionamento : Si pone pone un primo filtro polarizzante e, dopo di esso, un altro con direzione consentita perpendicolare al primo. Si ottiene idealmente un oscurazione totale della luce; ogni variazione di fase luminosa tra i due polarizzatori fara passare una componente luminosa a valle del secondo filtro.

17 Sistemi ottici di analisi: Metodo dei polarizzatori incrociati:

18 Sistemi ottici di analisi: Le immagini di fase: Un immagine puo essere descritta da una funzione bidimensionale e puo essere rappresentata nel seguente modo: Se si suppone che il modulo sia costante e pari all unita: si definisce immagine di fase. Le immagini di fase: Un immagine puo essere descritta da una funzione bidimensionale e puo essere rappresentata nel seguente modo: Se si suppone che il modulo sia costante e pari all unita: si definisce immagine di fase.

19 Sistemi ottici di analisi: Se si suppone di operare sotto l ipotesi di fase piccola la relazione precedente può essere approssimata con il suo sviluppo in serie di Taylor.

20 Sistemi ottici di analisi: Metodo della strioscopia: Per visualizzare limmagine di fase e necessario effettuare il seguente filtraggio nel dominio delle frequenze spaziali. Metodo della strioscopia: Per visualizzare limmagine di fase e necessario effettuare il seguente filtraggio nel dominio delle frequenze spaziali.

21 Sistemi ottici di analisi: Metodo della strioscopia:

22 Risultati e conclusioni: Utilizzando il metodo dei polarizzatori incrociati si e concluso che il dispositivo messo a punto non e in grado di produrre il fenomeno della cavitazione in acqua.

23 Risultati e conclusioni: Si e cercato di visualizzare il campo ultrasonico in: Acqua. Glicerolo. Acido ialuronico (soluzione 0,4%). Si e cercato di visualizzare il campo ultrasonico in: Acqua. Glicerolo. Acido ialuronico (soluzione 0,4%).

24 Risultati e conclusioni: Con il metodo della strioscopia: Campo prodotto da una sonda a 10MHz. Con il metodo della strioscopia: Campo prodotto da una sonda a 10MHz.

25 Risultati e conclusioni: Nel caso in esame non e stato possibile visualizzare il campo ultrasonico, probabilmente a causa di: Fronti donda sferici. Instaurazione di un modo di oscillazione flessionale oltre a quello longitudinale. Punta dell ago non perfettamente perpendicolare al fondo del contenitore. Nel caso in esame non e stato possibile visualizzare il campo ultrasonico, probabilmente a causa di: Fronti donda sferici. Instaurazione di un modo di oscillazione flessionale oltre a quello longitudinale. Punta dell ago non perfettamente perpendicolare al fondo del contenitore.

26 Il banco ottico di misura:


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