Sensore capacitivo per la quantificazione di oggetti in acqua

Mazzucchelli, Andrea (2020) Sensore capacitivo per la quantificazione di oggetti in acqua. Bachelor thesis, Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana.

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Abstract

Il presente progetto ha lo scopo di sviluppare e realizzare un prototipo di sensore capacitivo che permetta di stimare e quantificare lo spostamento complessivo di materiali inerti (sassi di diversa dimensione) in un corso d’acqua, con il supporto di placche immerse nello stesso. Il monitoraggio volumetrico del trasporto solido di fondo ed in sospensione dei corsi d’acqua e delle infrastrutture idroelettriche, in corrispondenza di forti piene, è di grande interesse e importanza per pianificare lavori di manutenzione e prevenzione. Al fine di perseguire l’obiettivo finale, il lavoro si è articolato in fasi successive: Nella prima fase si sono focalizzati gli studi sulle tecniche indirette e dirette attualmente utilizzate nel monitoraggio dei fiumi, così da osservare e valutare possibili punti strategici. Gli studi sono proseguiti con la determinazione dei principali vincoli, legati in particolar modo alla conducibilità dell’acqua, alla sua temperatura e alle tecniche di misurazione. Successivamente, tramite simulazioni elettromagnetiche si è dimensionato il sensore capacitivo, prestando attenzione a tutte le possibili configurazioni del caso. La parallelizzazione di due elettrodi (placche) si è dimostrato essere il modello più omogeneo e sensibile per questo progetto per la stima del volume dei massi; l’intrecciamento di placche poste orizzontalmente sul fondo si è dimostrato essere invece il modello più idoneo a determinare l’altezza di un masso e una sua eventuale seconda stima del volume. In parallelo alle simulazioni elettromagnetiche è stato sviluppato, a seguito di molteplici prove e simulazioni, il circuito di condizionamento più idoneo, che si è rilevato essere il comunemente chiamato ponte di auto-bilanciamento. Esso è in grado di individuare una variazione di resistenza e capacità con acque a conducibilità inferiore a circa 30uS=cm e con una sensibilità nell’ordine dei pF, con il setup preso in considerazione. Da ultimo si è dimostrato che, sfruttando il ponte di auto-bilanciamento, è possibile ricavare sia l’effetto resistivo dato dalla conducibilità a basse frequenze, sia l’effetto della capacità dovuto alla costante dielettrica ad alte frequenze, dell’acqua e dei massi.

Item Type: Thesis (Bachelor)
Corso: UNSPECIFIED
Supervisors: Monleone, Ricardo and Poretti, Samuel
Subjects: Elettronica
Divisions: Dipartimento tecnologie innovative > Ingegneria elettronica
URI: http://tesi.supsi.ch/id/eprint/3330

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