Analisi numerica di un sensore di deformazione Mems per applicazioni di monitoraggio strutturale = Numerical Analysis of a MEMS Strain Sensor for Structural Health Monitoring Applications

La seguente tesi si propone di esplorare l’impiego della tecnologia Mems ( Micro – Electro – Mechanical Systems ) nell’ambito del monitoraggio strutturale ( SHM – Structural Health Monitoring ) , con un focus particolare sui risonatori meccanici come sensori di deformazione. Dopo una panoramica generale sul mondo Mems, viene introdotto l’attuale stato dell’arte dei controlli in ambito aereonautico, evidenziando come, per garantire la sicurezza, sia obbligatorio eseguire controlli periodici con test non distruttivi, spesso caratterizzati da tempi lunghi e procedure complesse. Nel secondo capitolo, vengono introdotti i principi di funzionamento dei risonatori Mems, con un’attenzione particolare ai fenomeni che influenzano la loro stabilità dinamica, considerata un aspetto cruciale per il corretto funzionamento dei dispositivi. Il terzo capitolo è articolato in due fasi: la prima è dedicata alla taratura della tecnologia dove si sono analizzati i fenomeni esposti nel capitolo precedente applicandoli alla struttura più semplice di risonatore, ovvero la trave a sbalzo; la seconda fase dedicata alla modellazione in Comsol Multiphysics del risonatore Mems a doppio diapason (DETF), progettato per misure di deformazione. In particolare in questa fase si è cercato di allinearsi ai risultati sperimentali riportati nell’articolo “Fabrication of high-resolution strain sensors based on wafer-level vacuum packaged Mems resonators” (Luca Belsito M. F., 2016) al fine di validare il modello numerico per poi simulare l’influenza della temperatura sulle misurazioni. Il capitolo quattro introduce lo studio termico del sensore, con la proposta di una strategia di compensazione del drift termico basata sull’impiego di strati strutturali (layering) per bilanciare le variazioni indotte dalla temperatura. Infine, il quinto capitolo presenta le conclusioni sulla riflessione presentata, offrendo un confronto tra le prestazioni dei sensori Mems e quelle dei tradizionali estensimetri, nell’ottica di un’applicazione nel monitoraggio strutturale.