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Algoritmo per il calcolo dello spessore                                                   13  1 - Allinemento in base al p...
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Riassunto e conclusioni                                                                     18  E’ stata realizzata una ve...
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Presentazione Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica presso il Politecnico di Milano - dicembre 2011

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Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici

  1. 1. Ingegnerizzazione di un misuratore ottico dispessore di film plasticiRelatore: Michele NORGIATesi di laurea di: Stefano ZANARDI Anno accademico 2010 - 2011
  2. 2. Processo di produzione del film plastico 2  Processo di produzione: 1. Fusione polimero; 2. Gonfiaggio tramite aria; 3. Filiera circolare; 4. Raffreddamento; 5. Calandra di traino.  Necessità: Controllare il processo di produzione senza entrare in contatto con la bolla di film plastico.  Soluzione: Misuratore ottico di spessore.Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  3. 3. Interferometro di Michelson in fibra ottica 3  A conservazione di potenza: Circolatore ottico Ramo di riferimento SLED Specchio mobile Ricevitore Ramo di misura Film bilanciato plastico Segnale interferometrico  Con sorgente a bassa coerenza:Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  4. 4. Diodo superluminoso 4  SLED: La luce generata per emissione spontanea viene amplificata in cavità ma la bassa riflettività delle estremità inibisce l’azione laser.  Caratteristiche SLD1021 – Covega Corporations: » Pout = 15 mW » λ0 = 1310 nm » Δλ = 70 nm 70 nmIngegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  5. 5. Specchio rotatore di Faraday 5  Variazioni dello stato di polarizzazione: » Causate da alterazioni meccaniche e termiche della fibra.  Soluzione: » Ramo di riferimento: terminato con specchio di Faraday; » Ramo di misura: rotatore di Faraday (appena prima della testa ottica).  Rotatore di Faraday: Polarizzatore Specchio di Polarizzatore Faraday Rotatore di Faraday Rotatore di FaradayIngegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  6. 6. Schema a blocchi 6Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  7. 7. Driver SLED 7 Generatore di corrente regolabile: LM317: Retroazione interna che impone 1,25V tra VOUT e ADJ. 1,25V 1,25V VTRIMMER 100Ω Trimmer 100 Ω Iout R14 500 mA 1,25V Trimmer 0 Ω Iout 833 mA R14Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  8. 8. Modulo “Driver SLED” 8Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  9. 9. Onda triangolare alta tensione 9  Amplificatore di potenza: PA94: Alimentato con: +HV=450V -HV=-450V tramite due DC/DC converter. D5 e D6: Diodi di protezione in ingresso al PA94. R4: Resistenza di limitazione corrente di uscita.  Onda triangolare a bassa tensione: - ampiezza ±10V - frequenza 200Hz  Guadagno invertente dello stadio |G|= 40Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  10. 10. Modulo “Onda triangolare alta tensione” 10Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  11. 11. Filtro di acquisizione 11  Filtro passa-banda e rivelatore di inviluppo: Rivelatore di inviluppo Filtro passa-banda  Frange interferometriche: - Ampiezza = ± 1.8V IN: frange interferometriche - Frequenza = 2.7Mhz OUT: inviluppo  BPF: - f0=2.7Mhz - Δf=900khz - Q=3 - G=2Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  12. 12. Modulo ”Filtro di acquisizione” 12Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  13. 13. Algoritmo per il calcolo dello spessore 13 1 - Allinemento in base al primo picco e media: Rumore, false riflessioni e disturbi causati dalle vibrazioni della bolla vengono mediati. 2 - Rilevamento primo e ultimo picco: Rilevamento picchi tramite la funzione FirstPeakDetector. 3 - Calcolo dello spessore: vt Lo spessore è proporzionale alla distanza t N Tsample d temporale tra il primo e l’ultimo picco nIngegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  14. 14. Funzione FirstPeakDetector – parte 1/2 14  E’ in grado di rilevare la posizione in campioni del primo picco » Ingresso: - Array della scansione di andata (ritorno) oppure array della media delle scansioni di andata (ritorno); - Parametro che indica se eseguire un flip orizzontale dell’array. In questo modo è possibile ricavare l’ultimo picco. » Uscita: - Posizione in campioni del picco; - Parametro che indica se è stato rilevato il picco.  Questa funzione è utilizzata per:  Allineare le scansioni di andata/ritorno in base al primo picco;  Rilevare il primo picco della scansione di andata/ritorno mediata;  Rilevare l’ultimo picco della scansione di andata/ritorno mediata.Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  15. 15. Funzione FirstPeakDetector – parte 2/2 15  Come funziona? 1. Rileva picco grezzo: Il picco grezzo è quel campione preceduto da quattro derivate positive e seguito da quattro derivate negative o nulle 2. Costruisce arrayToFit: Viene costruita un’array composta dai quattro campioni precedenti al picco grezzo, il picco grezzo e i quattro campioni successivi al picco grezzo. 3. Esegue curve fitting con una parabola:  Se il curve fitting riesce, il picco si trova in corrispondenza del massimo della parabola; x Se il curve fitting non riesce, approssima il picco con il picco grezzo. Picco grezzo Campioni vicini al picco grezzo Picco parabolico Picco nascosto (ultimo picco di ritorno film multistrato)Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  16. 16. Misurazione film trasparente 16  Spessore nominale: 100 μm Ampiezza [ V ] Campioni vt v d [µm] N Tsample 106 n n  Spessore misurato: 100,4 µmIngegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  17. 17. Misurazione film a doppia colorazione 17  Colore: bianco e nero  Spessore nominale: 40 μm Ampiezza [ V ] Campioni  Spessore misurato: 37,1 µm La nostra misura, molto probabilmente, si avvicina di più alla realtà!Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  18. 18. Riassunto e conclusioni 18 E’ stata realizzata una versione ingegnerizzata del prototipo del misuratore ottico di spessore di film plastici. Punti di forza rispetto al prototipo:  Aumento velocità di scansione;  SLED ad elevata potenza e con bassa lunghezza di coerenza;  Generazione tramite FPGA del segnale a bassa tensione di comando del fiber stretcher;  Rotatore e specchio di Faraday;  Risparmio economico;  Affidabilità.  Grazie al nostro strumento è possibile misurare durante la produzione lo spessore di: » Film plastici trasparenti di spessore compreso tra 10µm e 300µm; » Film plastici colorati e a doppia colorazione (attenzione ai colori scuri).Ingegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici
  19. 19. Fine presentazione 19 Vi ringrazio per la cortese attenzione… Stefano ZanardiIngegnerizzazione di un misuratore ottico di spessore di film plastici

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