Assicuratici della bontà del processo produttivo, con la seconda stampa ab- biamo realizzato altre quattro strutture micro uidiche per il collettore del sensore. Questa volta sono state realizzate per eettuare letture biassiali, portando l'altezza di ogni componente stampato a 15 mm. Mantenendo la risoluzione lungo l'asse z a 50 µm, per questa stampa sono stati necessari 300 passaggi. Questa è avvenuta all'incirca in quattro ore riducendo il tem- po di stampa per la singola struttura a un'ora, nonostante ne abbiamo più che raddoppiato l'altezza. Questo avviene in quanto il tempo di stampa per queste stampanti è dovuto principalmente a questi passaggi:
1. tempo necessario al laser per polimerizzare il singolo strato
2. tempo necessario ad alzare il piano mobile, mentre la resina liquida sul fondo viene velocemente rimescolata da un braccio che si muove orizzontalmente per evitare la formazione di grumi (in g. 3.16 una foto scattata in uno di questi intervalli)
3. qualche secondo di attesa per far sgocciolare la resina in eccesso dal componente polimerizzato attaccato al ripiano mobile
4. tempo necessario a calare nuovamente il piano con l'oggetto parzial- mente polimerizzato nella resina liquida
Salvo casi di strutture particolarmente grandi, le ultime tre fasi sono ten- denzialmente più lunghe della prima. Per questo, in questa seconda stam- pa, anche se il tempo necessario per la prima fase è stato quadruplicato e il numero di layer più che raddoppiato, la durata delle altre tre fasi è co- stante, permettendo di abbattere il tempo medio di produzione della singola struttura.
Anche per queste strutture è stato eseguito un postprocess in FormWash di 20 minuti.
Il Prototipo H3S è stato realizzato con canali dal diametro di 1 mm mentre per questa seconda stampa la camera interna su cui si aprono è stata realizzata di 3 mm di altezza. Anche questa struttura è dotata di 3 canali, con i due canali laterali con un angolo di ± 45◦ rispetto a quello centrale. Avendo
scelto la modulazione USD anche per questo prototipo il canale centrale è lungo 2 mm mentre quelli esterni 2,8284 mm. La dierenza princpale rispetto al prototipo precedente è il non avere i canali inclinati e l'essere biassale. In gura 3.17 due viste interne del cilindro per mostrare i due piani più interessanti dove sono visibili le strutture interne. In gura 3.18 una vista dall'alto e una vista in modalità "reticolo".
Figura 3.17: Una vista del prototipo H3S tagliata lungo il piano z in due altezze diverse per mostrare l'interno
Figura 3.18: Una vista del collettore dall'alto e una di lato in visualizzazione "reticolo".
3.5 Prototipo H3L
Il prototipo H3L è una struttura micro uidica molto simile al prototipo H3S, con la importante dierenza di avere il canale centrale lungo 4mm e quelli laterali, di conseguenza, pari a 5,6568mm per eettuare la modulazione USD. Il resto delle speci che di progetto sono identiche a quelle per il prototipo 2: 3 canali, uno centrale e due a distanza ± 45◦, nessuna inclinazione dei canali,
diametro dei canali 1 mm, altezza camera centrale 3mm. Il prototipo H3S e H3L potrebbero dare importanti informazioni sull'in uenza della lunghezza dei canali nell'errore nella misura.
3.5.1 Misure
Anche questa struttura micro uidica presenta lo stesso difetto di at-top nella lettura che avevamo osservato nella prima struttura. Il perché di questo eetto necessita di ulteriore approfondimento prima di poter aermare con certezza che sia un limite tecnologico o dovuto al nostro sistema di misure. In gura 3.21 è chiaramente visibile l'appiattimento della parte alta della sinusoide.
Figura 3.19: Una vista del collettore tagliata lungo il piano z in due altezze diverse per mostrare l'interno
Figura 3.20: Una vista del collettore dall'alto e una di lato in visualizzazione "reticolo".
Figura 3.21: Lettura sui due assi alla velocità di 5,3 m/s
Figura 3.22: Errore nella lettura dell'angolazione del sensore rispetto al piano a 5,3 m/s
Figura 3.23: Letture sull'asse y a dierenti velocità del vento: 0,9 m/s; 1,7 m/s; 2,4 m/s; 3,5 m/s; 5,3 m/s; 7,8 m/s.
Figura 3.24: Letture sull'asse y a dierenti velocità del vento: 0,9 m/s; 1,7 m/s; 2,4 m/s; 3,5 m/s; 5,3 m/s; 7,8 m/s normalizzate al valor massimo.
3.6 Prototipo H7S
Il prototipo H7S è invece molto diverso dai tre precedenti. È il primo prototi- po realizzato con approccio UW, basato sulla con gurazione 3a della tabella 2.6. I tre angoli utilizzati sono quindi: ± 17◦, ± 32,5◦ e ± 58,34◦. Per il
prototipo H7S è stata scelta una lunghezza dei canali di 2 mm (questa volta costante per ogni canale) ma abbiamo deciso di riprovare l'inclinazione dei canali come tecnica di protezione dalle intemperie per vedere se anche questa struttura presentava gli errori del primo prototipo. I canali hanno tutti un diametro di 1 mm, mentre la camera interna è alta 3 mm. Ricordiamo che l'inclinazione dei canali ne varia anche la lunghezza eettiva portandola a circa 2,3 mm per tutti i canali.
3.6.1 Misure
Le letture eettuate con questo collettore non presentano l'errore di at-top presente nora con le altre strutture stampate e, in accordo con i risultati ottenuti analiticamente, la lettura ha un errore inferiore alle precedenti. Non è migliore però delle strutture realizzate in PMMA, il che suggerisce che le prime strutture sono state realizzate e incollate con buona precisione. Sareb- be interessante testare ora i collettori in una galleria del vento più grande e quindi meno soggetta ad errori nella generazione dei ussi laminari.
Figura 3.25: Una vista del collettore tagliata lungo il piano z in due altezze diverse per mostrare l'interno
Figura 3.26: Una vista del collettore dall'alto e una di lato in visualizzazione "reticolo".
Figura 3.27: Lettura sui due assi alla velocità di 5,3 m/s
Figura 3.29: Letture sull'asse y a dierenti velocità del vento: 0,9 m/s; 1,7 m/s; 2,4 m/s; 5,3 m/s; 7,8 m/s
Figura 3.30: Letture sull'asse y a dierenti velocità del vento: 0,9 m/s; 1,7 m/s; 2,4 m/s; 5,3 m/s; 7,8 m/s normalizzate al valor massimo.
3.7 Prototipo 5 - H7L
Il prototipo H7L è concettualmente simile al prototipo H7S con la sola im- portante dierenza che i canali sono lunghi 4 mm anziché 2 mm. Questa è la stessa dierenza che c'è tra il prototipo H3S e il prototipo H3L per avere un ulteriore metodo di veri ca sulle eettive dierenze sulla lettura data dal- l'avere dei canali più lunghi. Questo prototipo presenta canali con gli stessi angoli del prototipo H7S ( ± 17◦, ± 32,5◦ e ± 58,34◦), anche loro inclinati di
30◦, con diametro di 1 mm e altezza della camera pari a 3 mm. Ricordiamo
che l'inclinazione dei canali ne varia anche la lunghezza eettiva portandola a circa 4,6 mm per tutti i canali.
L'inclinazione dei canali ha portato ad uno sfruttamento totale dei 15 mm che ci eravamo posti come dimensione massima. Tra la parte alta della camera interna e il limite esterno della struttura si è venuto a trovare così soltanto 1 mm di resina. Questa non è su ciente a garantire una buona resistenza alla deformazione, infatti durante le operazioni di pulizia la strut- tura si è deformata gon andosi di circa 1 mm. Nonostante la deformazione comunque non sembrano essere presenti errori in lettura, ma potrebbe sicu- ramente essere interessante ristampare la struttura con un margine maggiore sulla camera superiore in maniera da osservare se una camera interna più grande e stondata in uenzi la lettura.
3.7.1 Misure
Anche questa struttura non presenta l'errore di at-top ma non mostra nean- che un miglioramento rispetto alla H7S, come si poteva supporre dall'aumen- to della lunghezza dei canali interni. La mancanza di dierenze sostanziali tra le due letture potrà essere indagata in futuro sia in via analitica sia attraverso misure in una galleria del vento più grande.
Figura 3.31: Una vista del collettore tagliato lungo il piano z in due altezze diverse per mostrare l'interno
Figura 3.32: Una vista del collettore dall'alto e una di lato in visualizzazione "reticolo".
Figura 3.33: Lettura sui due assi alla velocità di 5,3 m/s
Figura 3.35: Letture sull'asse y a dierenti velocità del vento: 0,9 m/s; 1,7 m/s; 2,4 m/s; 3,5 m/s; 5,3 m/s; 8 m/s
Figura 3.36: Letture sull'asse y a dierenti velocità del vento: 0,9 m/s; 1,7 m/s; 2,4 m/s; 3,5 m/s; 5,3 m/s; 8 m/s normalizzate al valor massimo
Capitolo 4
Sistema per misure
Come anticipato nel capitolo precedente, l'output analogico del sensore di usso, accuratamente ampli cato e ltrato dall'interfaccia analogica, è con- vertito in un segnale digitale da un circuito basato sul microcontrollore ADuC847 della Analog Devices, provvisto di convertitori analogico digitali sigma-delta con una risoluzione di 24 bit.
Questa interfaccia di lettura presenta due problematiche:
1. Singolo buer: nel caso di lettura da più sensori commerciali, uguali tra loro, questi avranno lo stesso indirizzo per l'I2C, e per una scheda
con un unico buer non è possibile comunicare con i singoli sensori in maniera univoca.
2. Avvolgimento cavi: dovendo ruotare il goniometro mobile col sensore di 360◦ i cavi di connessione si avvolgono rendendo particolarmente
di coltosa l'operazione di misura e richiedendo grande attenzione nel manovrare il sistema di rotazione.
Per ovviare alle problematiche appena esposte, è stato utilizzato un siste- ma alternativo, realizzato dal gruppo di ricerca presso cui è stata sviluppato questo lavoro di tesi. Nelle foto in gura 4.1 e 4.2 è mostrata la struttura nella sua interezza.
Come si può vedere la struttura è composta da tre schede:
1. Nella sezione centrale si trova la main board con il microcontrollore MSP430I2041 (in g. 4.3) che fa da tramite tra l'hub e la comunica- zione.
2. La scheda alla base è un hub I2C ( g. 4.4), che estende la connettività
del sistema aggiungendo 4 porte di ingresso. 59
3. Nel livello superiore si possono inserire alternativamente due moduli di comunicazione, uno USB-FTDI oppure un modulo bluetooth (rispetti- vamente in gura 4.5 e 4.6)
Figura 4.1: Sistema di hub I2C, main board e comunicazione Bluetooth
Figura 4.3: La scheda principale con il microcontrollore che automatizza le letture e la comunicazione.