Dust monitoring in Martian environment

In this work, the flowrate measurement scheme for a particle analyzer project to do science in Martian atmosphere, was designed and developed. The instrument MicroMED is an optical particle analyzer with measurement target of the particle size distribution and density in terms of particles per unit of atmosphere volume. The latter target requires the instrument to have the aerosol volume flowrate measured. However, this measurement is not feasible in the Martian working conditions by using available sensors. Since the instrument’s fluidic system looks like a Venturi-type one, a good correlation between the flowrate and the pressure difference between the atmosphere and the fluid at the contracted section can be expected. Therefore, by characterizing the instrument’s fluidic circuit in the working conditions, one can derive the volume flowrate from the measurement of the pressure difference. In order to approach this objective, at first a flowrate measurement system for low-pressure gases and laboratory use was designed and implemented. This reference measurement system after validation was applied in the experiments for the characterization of the instrument’s pump performance and inlet-outlet circuit, in the expected working conditions. On the other hand, in order to measure the provided pressure difference in the instrument’s optical system needed to derive the flowrate, suitable pressure transducers were specified, selected and characterized in Martian working conditions. The simulator of instrument’s fluidic circuit, including the inlet-outlet ducts and the optical head simulating volume, was characterized with CO2 as working gas in Martian pressure conditions. The obtained data led to derivation of instrument’s inlet-outlet fluidic resistances that allows deriving the volume flowrate of intake gas from one pressure measurement.

In questo lavoro, è stato sviluppato lo schema di misurazione della portata per un analizzatore di particelle progettato per lo studio della polvere sospesa nell’atmosfera marziana. Lo strumento MicroMED è un analizzatore di particelle ottiche con l'obiettivo di misurazione della distribuzione delle dimensioni delle particelle e della densità in termini di particelle per unità di volume dell'atmosfera. Quest'ultimo obiettivo richiede che lo strumento abbia misurato la portata del volume dell'aerosol. Tuttavia, questa misura non è realizzabile nelle condizioni di lavoro previste con sensori disponibili. Poiché il sistema fluidico dello strumento ha delle analogie con un tubo di Venturi, si può prevedere una correlazione significativa tra la portata e la differenza di pressione tra ingresso e sezione ristretta del condotto. Questo punto indica che caratterizzando il circuito fluidico di ingresso-uscita dello strumento nelle condizioni di lavoro, si può derivare la portata del volume dalla misurazione della differenza di pressione. Per raggiungere questo obiettivo, nella prima fase è stato progettato e realizzato un sistema di misurazione della portata per gas a bassa pressione e per uso di laboratorio. Questo sistema di misurazione dopo la validazione è stato applicato negli esperimenti per le prestazioni della pompa dello strumento e la caratterizzazione del circuito di ingresso-uscita dello strumento nelle condizioni di lavoro previste. D'altra parte, al fine di misurare la differenza di pressione fornita nel sistema ottico dello strumento per correlarla alla portata, sono stati specificati, selezionati e caratterizzati trasduttori di pressione adatti ad operare in condizioni di lavoro marziane. Il simulatore del circuito fluidico dello strumento, inclusi i condotti di entrata e uscita e il volume di simulazione della testa ottica, è stato utilizzato con CO2 come gas di lavoro, simulando le condizioni di pressione marziana. I dati ottenuti hanno portato alla estrazione delle curve caratteristiche di resistenze fluidiche in entrata-uscita dello strumento che dalla misura di pressione permettono di derivare la portata volumetrica del gas di aspirazione.