Fabrizio BARONE | Projects

SVILUPPO ED OTTIMIZZAZIONE DI SENSORI MECCANICI MONOLITICI ANGOLARI PER L¿ALLINEAMENTO ED IL CONTROLLO DEI SISTEMI DI ATTENUAZIONE SISMICA DEI RIVELATORI INTERFEROMETRICI DI ONDE GRAVITAZIONALI DI TERZA GENERAZIONE

Punto di partenza di tale progetto è il pendolo ripiegato, architettura base dei sismometri ed accelerometri monolitici orizzontali e verticali sviluppati dal gruppo di Fisica Applicata dell'Università di Salerno in precedenti programmi di ricerca finanziati dall'Università di Salerno. Lungo tale linea di ricerca, infatti, nel corso di questi anni è stata effettuata una innovativa modellizzazione teorica atta a descrivere il comportamento di tali sensori sia in presenza di spostamenti lineari sia angolari. Il modello esteso di pendolo piegato (EFPM), basato sul sistema di riferimento angolare Tait-Bryan, costituisce un primo punto di arrivo. Tale modello è stato infatti sviluppato per la descrizione quantitativa del comportamento dinamico di un pendolo ripiegato genericamente orientato nello spazio, di cui i pendoli ripiegati orizzontale e verticale costituiscono casi particolari. In particolare, l’EFPM collega l'orientamento spaziale del pendolo ripiegato, riferito alla direzione dell'accelerazione gravitazionale, alla sua frequenza naturale di risonanza: lo spostamento angolare viene ricavato da misure della frequenza di risonanza. Inoltre, l'EFPM dimostra che, almeno entro i limiti di validità del modello, un singolo pendolo ripiegato consente di effettuare misure indipendenti di spostamenti lineari e angolari utilizzando un singolo pendolo ripiegato, aprendo la strada a nuove tipologie di misura e di sensori. A tal fine il gruppo di Fisica Applicata, partendo dal bagaglio di conoscenze teorico-sperimentali acquisite, procederà alla progettazione, simulazione, realizzazione e test di un sensore meccanico monolitico angolare di nuova concezione a larga banda (1mHz - 100 Hz) con sensibilità migliore di 10 nanorad, corredato da un readout ottico espressamente progettato non solo per raggiungere la sensibilità di progetto, ma anche per migliorarne l'immunità ai rumori ambientali.Per raggiungere le specifiche e per garantire lo sviluppo di un sensore utile sia per il controllo e l’allineamento attivo delle sospensioni sismiche sia per misure di rumore sismico in configurazione stand-alone, il programma di ricerca sarà suddiviso in due fasi:- Disegno, simulazione ed ottimizzazione del sensore monolitico angolare;- Realizzazione, test e calibrazione del sensore monolitico angolare;La prima fase consisterà nella progettazione di un sensore monolitico angolare per UHV con particolare attenzione alla minimizzazione degli accoppiamenti tra i diversi gradi di libertà ed agli accoppiamenti causati da variazioni di temperatura, che possono rivelarsi critici nella taratura ed utilizzazione del sensore in bassa frequenza. In questa fase sarà, inoltre, sviluppato anche il readout ottico utilizzando tecniche basate su leve ottiche laser e/o laser interferometriche, con particolare attenzione ai problemi di immunità ai rumori ambientali.La seconda fase consisterà nella realizzazione e test del sensore monolitico angolare. In particolare, saranno effettuati test di sensibilità in laboratorio, su sospensioni meccaniche di test ed in siti opportunamente scelti, in modo da valutarne i punti critici, con particolare attenzione agli accoppiamenti termici, acustici ed elettromagnetici ambientali.Successivamente il sensore angolare monolitico sarà integrato con i sensori meccanici monolitici orizzontali e verticali già realizzati dal Gruppo di Fisica Applicata all'interno di un sistema di controllo ed allineamento per il controllo di sospensioni multipendolari, predisponendo e standardizzando il sistema in modo da garantirne già una diretta utilizzazione nel rivelatore interferometrico di onde gravitazionali Virgo.In sintesi, questo programma di ricerca porterà alla realizzazione di un primo prototipo operativo di sensore angolare monolitico per applicazioni sia nel campo della rivelazione di onde gravitazionali, ma anche, visto le caratteristiche dei sensori, nel campo della geofisica ed ambientale.