Electronics design for the electric field detector of the chinese seismo electromagnetic satellite

Questo lavoro di tesi è stato svolto all’interno della collaborazione Italo-Cinese per la realizzazione del satellite CSES. Il satellite ha lo scopo di monitorare dallo spazio i fenomeni precursori che si ritengono correlati all’attività sismica. La ricerca ha riguardato lo studio e la progettazione di uno degli strumenti più importanti per questo esperimento, ovvero l’Electric Field Detector(EFD). Con questo strumento si intende misurare il campo elettrico in banda quasi- DC\ULF con una precisione nettamente superiore a quanto fatto in passato dallo strumento ICE nel satellite DEMETER. Il lavoro di tesi è stato suddiviso in più fasi, ognuna coincidente con i capitoli che seguiranno. Nella prima fase si è effettuata un’analisi del problema e del tipo di segnali che si vuole monitorare, si è altresì effettuato uno studio dell’interazione tra i probe dell’EFD e il plasma. La seconda fase è stata quella di design dell’elettronica e definizione dell’architettura. In questa fase si è prestata una particolare attenzione alle simulazioni delle varie sezioni elettroniche. Le simulazioni hanno consentito di caratterizzare il funzionamento dell’elettronica (prima della realizzazione), in particolar modo del componente più critico, ovvero il preamplificatore inserito nei probe. A questa fase è seguita l’ultima fase, che possiamo definire di realizzazione e test su banco. E’ stato infatti realizzato un prototipo “ridotto” dell’elettronica del detector contenente tutte le funzionalità di elaborazione previste sullo strumento finale. Su questo prototipo sono stati effettuati inizialmente test di caratterizzazione dei singoli elementi (come sarà possibile vedere nel capitolo 4) ed infine una serie di misure atte a verificarne le performance in termini di rumore intrinseco. All’interno della fase di test si sono sviluppati anche una serie di tool iii software per consentire sia la misura automatizzata di funzione di trasferimento e rumore sulle singole sezioni dell’elettronica e sia l’analisi del rumore presente sui dati prelevati in uscita alla sezione di elaborazione digitale. Come sarà possibile vedere, i primi risultati sono molto importanti e promettenti, le performance in termini di rumore intrinseco e dinamica ottenute dal prototipo sono di tutto rilievo. In particolare in banda ULF si è riusciti ad ottenere misure dell’ordine del μV/m. Inoltre, l’architettura scelta per l’EFD consente di ampliare lo spettro di informazioni fisiche misurabili, rispetto a quanto fatto in passato da ICE nell’esperimento DEMETER. Attualmente il lavoro di ricerca è ancora in corso e si stanno terminando i lavori di design per lo strumento completo da utilizzare sul satellite. Nei prossimi mesi saranno previsti inoltre una serie di misure in camera a plasma, nonché una serie di test di caratterizzazione dei componenti al fine di verificarne la robustezza alle radiazioni.