SVILUPPO DI UN SISTEMA DI MISURA E ANALISI DEL FENOMENO DELLA CAVITAZIONE IN CAMPO OCULISTICO Tesi...

SVILUPPO DI UN SISTEMA DI MISURA E ANALISI DEL

FENOMENO DELLA CAVITAZIONE IN CAMPO

OCULISTICO

SVILUPPO DI UN SISTEMA DI MISURA E ANALISI DEL

FENOMENO DELLA CAVITAZIONE IN CAMPO

OCULISTICO

Tesi di laurea triennaleLaureando: Matteo CoronaTesi di laurea triennaleLaureando: Matteo Corona

Sommario:Sommario:

ObiettiviCenni sul fenomeno della cavitazione acustica

Descrizione del dispositivo e del circuito utilizzati

Sistema ottico di analisiConclusioni

ObiettiviCenni sul fenomeno della cavitazione acustica

Descrizione del dispositivo e del circuito utilizzati

Sistema ottico di analisiConclusioni

Obiettivi:Obiettivi:

Cercare di innescare il fenomeno della cavitazione acustica in un fluido per indagare se questo fenomeno puo’ verificarsi nell’ operazione della cataratta, emulando l’azione 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 l’azione dei facoemulsificatori.

Sviluppare un sistema di misura per studiare il fenomeno su determinate condizioni di lavoro.

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.



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 impurità che contengono dei gas intrappolati in piccole fratture; il gas contenuto nella cavità 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 impurità che contengono dei gas intrappolati in piccole fratture; il gas contenuto nella cavità può aumentare notevolmente il suo volume.



Effetto:

Bolle di cavitazione stazionarie. Oscillano intorno al loro raggio di risonanza.

Bolle di cavitazione transienti. La cavità 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 cavità 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.

Il dispositivo utilizzato:


E’ un risonatore meccanico.

E’ un risonatore meccanico.



Costituito da:

Due ceramiche piezoelettriche contrapposte (con frisonanza=3MHz).

Riflettore in acciaio 316. Per disadattare l’impedenza con

l’aria e quindi massimizzare la potenza trasmessa alle ceramiche.

Costituito da:

Due ceramiche piezoelettriche contrapposte (con frisonanza=3MHz).

Riflettore in acciaio 316. Per disadattare l’impedenza con

l’aria e quindi massimizzare la potenza trasmessa alle ceramiche.



Adattatore di impedenza iperbolico in alluminio:Per adattatre l’impedenza di uscita con quella dell’ acqua.

Modellizzabile come un oscillatore al quarzo.

Si e’ misurato: frisonanza=103,8 KHz Rrisonanza=100 Ω C’=6,807 nF

Adattatore di impedenza iperbolico in alluminio:Per adattatre l’impedenza di uscita con quella dell’ acqua.

Modellizzabile come un oscillatore al quarzo.

Si e’ misurato: frisonanza=103,8 KHz Rrisonanza=100 Ω C’=6,807 nF



Modifica:E’ stato incollato un ago in acciaio 316 per emulare la punta vibrante di un facoemulsificatore.

Problema:Trovare la lunghezza dell’ago 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 dell’ago tale che la potenza trasmessa fosse massima stimata, ipotizzando una propagazione longitudinale, mediante:

Il circuito di alimentazione:Il circuito di alimentazione:

Si e’ realizzato una amplificatore di potenza a simmetria complementare (CMOS).

Si e’ realizzato una amplificatore di potenza a simmetria complementare (CMOS).

Tensione di uscita

Il circuito di alimentazione: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.

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.


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.



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.



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.

()()()yxjeyxfyxf ,,, ϕ⋅= ()()yxjeyxf ,, ϕ≈



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.

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.()() ()yxjeyxf yxj ,1, , ϕϕ+≅≈

1

f(x,y)≅1jϕ(x,y)



Metodo della strioscopia:

Per visualizzare l’immagine di fase e’ necessario effettuare il seguente filtraggio nel dominio delle frequenze spaziali.

Metodo della strioscopia:

Per visualizzare l’immagine di fase e’ necessario effettuare il seguente filtraggio nel dominio delle frequenze spaziali.() ()⎩⎨⎧→→=altroveinvuH10,00,



Metodo della strioscopia:Metodo della strioscopia:

Risultati e conclusioni: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.

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.


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%).


Con il metodo della strioscopia:Campo prodotto da una sonda a 10MHz.

Con il metodo della strioscopia:Campo prodotto da una sonda a 10MHz.


Nel caso in esame non e’ stato possibile visualizzare il campo ultrasonico, probabilmente a causa di:Fronti d’onda 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 d’onda sferici.Instaurazione di un modo di oscillazione flessionale oltre a quello longitudinale.

Punta dell’ ago non perfettamente perpendicolare al fondo del contenitore.

Il banco ottico di misura:

Il banco ottico di misura:

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