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Progetti Elettronici
Sensore optolelettronico per la misura del flusso sanguigno
L'obiettivo dell'invenzione, che si inserisce nell'ambito dell'interferometria laser, consiste nel progetto e nella realizzazione di un innovativo strumento optoelettronico in grado di misurare la velocità del flusso sanguigno in circolazione extracorporea.
L'innovazione portata da tale invenzione consiste nella realizzazione di uno strumento molto accurato, ed estremamente economico (di parecchi ordini di grandezza rispetto ai sistemi in uso allo stato dell'arte).
La tecnica innovativa consiste nello sfruttare un fenomeno che si presenta nei laser in particolari condizioni, denominato "self-mixing". Tale tecnica, applicata ad un laser a semiconduttore e ad una particolare circuiteria di pilotaggio rende contemporaneamente accurato ed economico questo strumento di misura.
Un esempio semplificativo del fenomeno sfruttato viene schematizzato nella figura:

Nel diagramma si denotano le superfici della cavità laser all'interno del dispositivo con i riferimenti S1 ed S2, aventi i coefficienti di riflessione r1 ed r2 rispettivamente. Il coefficiente di riflessione del bersaglio, S3, viene indicato con il termine r3. E' posto in evidenza il fotodiodo di monitor interno al dispositivo stesso, identificato alla sinistra dell'illustrazione. Con le frecce si enfatizza la generazione del fascio laser, indirizzato sul bersaglio esterno, in seguito riflesso da quest'ultimo di nuovo all'interno della cavità del diodo laser, e parzialmente riflesso all'esterno. Una porzione della radiazione luminosa generata dal laser viene emessa nella direzione del fotodiodo di monitor. Con la lettera n si denota l'indice di rifrazione proprio del materiale attivo all'interno del laser. Si indica con d la lunghezza della cavità laser, con L la dimensione esterna fra cavità e bersaglio. La regione spaziale compresa fra S1 ed S3 viene solitamente definita, in letteratura, con il termine di cavità esterna, in quanto le riflessioni tra la superficie interna del laser ed il bersaglio contribuiscono alla modificazione del fascio ottico. In questo modello, denominato a tre specchi, si considera il fenomeno del self-mixing considerando il campo elettrico, all'interno della cavità, come risultato del battimento tra l'onda stazionaria, interna alla cavità stessa, e quella retrodiffusa dalla superficie S3.
L'innovazione nell'utilizzo di questa tecnica consiste, inoltre, nell'assenza di un complesso sistema ottico, tipico dei tradizionali sistemi di misura interferometrici.
Il prototipo dello strumento di misura realizzato si presenta come in figura:

L'immagine propone un particolare relativo alla realizzazione del set-up dedicato alla flussimetria di un phantom, un liquido biologico utilizzato in ambito optoelettronico per simulare il comportamento del sangue, che viene fatto fluire all'interno di un apposito circuito idraulico.
La misura avviene attraverso una cuvetta di osservazione (riferimento 2), che viene fissata ad una staffa (riferimento 3) montata su di una slitta micrometrica (riferimento 4) che ne permette il posizionamento mediante un controllo fine della distanza dall'interferometro. La focalizzazione del fascio laser avviene agendo sulla lente a vite (riferimento 1) del collimatore, unico elemento ottico dell'intero sistema di misura.
Lo strumento in esame è montato a sua volta su di un sostegno orientabile nelle tre dimensioni (riferimento 7) in modo da permettere agevolmente la modifica dell'angolo d'incidenza.
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