Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser michelson la ti

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, thực hành và đánh giá trung thực, khách quan. Thiết bị và các kết quả nghiên cứu được tiến hành và thử nghiệm tại Phòng thí nghiệm Quang cơ điện tử, Bộ môn Cơ khí chính xác và quang học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS. Nguyễn Văn Vinh Doãn Giang PGS. Nguyễn Thị Phương Mai 1 LỜI CÁM ƠN Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án này tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi đã nhận được nhiều sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các Thầy Cô và bạn bè đồng nghiệp.

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành nhất đến Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới hai Thầy Cô hướng dẫn là PGS,TS. Nguyễn Văn Vinh và PGS,TS. Nguyễn Thị Phương Mai, các Thầy Cô đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành được các nội dung luận án.

Tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành tới Quý Thầy Cô Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học đã góp ý cho tôi những ý kiến bổ ích, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi được thực hành thí nghiệm trong quá trình nghiên cứu học tập. Những nhận xét và đánh giá của Quý Thầy cô, đặc biệt là những gợi ý về hướng giải quyết vấn đề trong suốt quá trình nghiên cứu thực sự là những bài học vô cùng quý giá đối với tôi không chỉ trong quá trình viết luận án mà cả trong quá trình hoạt động chuyên môn sau này. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các anh chị em công tác tại Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang học, tập thể nghiên cứu sinh tại Bộ môn đã chia sẻ cũng như tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành nội dung luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đo lường Quốc gia; Trung tâm Đo lường Quân đội, đã giúp đỡ tôi trong quá trình kiểm tra đánh giá kết quả thực nghiệm.

Tôi xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng Bộ tư lệnh Hóa học - Bộ Quốc phòng; Ban lãnh đạo, chỉ huy Viện Hóa học - Môi trường quân sự đã tạo mọi điều kiện về thời gian, bố trí công việc giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã chia sẻ, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Doãn Giang 2 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .7 DANH MỤC BẢNG BIỂU .Tính cấp thiết của đề tài luận án. Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Những kết quả của luận án. TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO BỨC XẠ HỒNG NGOẠI .Bức xạ hồng ngoại .Bức xạ của các chất trong tự nhiên .Thiết bị đo phân tích phổ hồng ngoại sử dụng biến đổi Fourier .Tổng quan về thiết bị đo phổ hồng ngoại sử dụng biến đổi Fourier. Ứng dụng hồng ngoại trong phân tích phát hiện các chất hóa học.

Một số kỹ thuật dịch chuyển gương động trong giao thoa kế Michelson. Kỹ thuật dịch chuyển thẳng. Kỹ thuật quay gương. Kỹ thuật sử dụng kiểu quay và đàn hồi.

Kỹ thuật thu nhận và xử lý số liệu đo. Các giải pháp ổn định về rung động và chống nhiễu khi đo. Hướng nghiên cứu của luận án .27 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐO BỨC XẠ HỒNG NGOẠI BẰNG GIAO THOA KẾ MICHELSON LASER. Giao thoa kế Michelson.

Sơ đồ nguyên lý giao thoa Michelson. Sự thay đổi của cường độ của ảnh giao thoa. Sự thay đổi của vân giao thoa. Xác định tần số dịch chuyển của gương động trong hệ giao thoa.

Máy phân tích phổ hồng ngoại hấp thụ sử dụng giao thoa kế Michelson. Xây dựng sơ đồ máy đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa Michelson. Mô tả hoạt động hệ thống đo. Đo và lấy mẫu tín hiệu.

Thu nhận và xử lý tín hiệu đo phổ bức xạ hồng ngoại. Ứng dụng vào hệ đo phổ hồng ngoại. Xử lý tín hiệu bằng phép biến đổi Fourie-Transform .Ưu điểm của phương pháp phân tích phổ FT-IR sử dụng giao thoa kế Michelson. Độ phân giải và độ chính xác cao.

Năng lượng truyền qua lớn .Kết luận chương 2 .56 CHƯƠNG 3: NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU CHO HỆ THỐNG PHỔ HỒNG NGOẠI BẰNG KỸTHUẬT ĐIỀU BIẾN PHA. Kỹ thuật trích xuất đồng bộ và khuếch đại. Các kỹ thuật điều biến sử dụng trong phân tích phổ hồng ngoại. Kỹ thuật điều biến biên độ.

Điều biến tần số. Kỹ thuật điều biến pha. Xác dịnh biên độ và tần số điều biến tối ưu sử dụng trong phương pháp điều biến pha. Kết luận chương 3.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .71 HỆ THỐNG ĐO PHỔ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI. Xác định lựa chọn thông số các thiết bị của hệ thống. Hệ thống cơ khí. Đệm khí cho gương động.

Đông cơ voice coil - VC. Tích hợp máy đo giao thoa. Bàn cách ly rung động. Hệ giao thao laser .1 Nguồn phát laser .2 Gương phản xạ và lăng kính chia chùm.

Hệ giao thoa hồng ngoại. Gương phản xạ hồng ngoại. Lựa chọn gương Parabol hội tụ. Lựa chọn tấm chia chùm hồng ngoại.

Lựa chọn Cảm biến hồng ngoại. Hệ thông thu nhận xử lý tín hiệu. Bộ tạo tín hiệu dao động chuẩn (Function Generator-FG). Bộ khuếch đại lock-in amplifier (LIA).

Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC và thu nhận dữ liệu DAQ. Thiết lập và căn chỉnh hệ thống .1 Thiết lập và căn chỉnh hệ thống giao thoa laser. Hiệu chỉnh detector hồng ngoại. Đo thử nghiệm hoạt động của hệ thống với mội số nguồn phát xạ hồng ngoại.

Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn sợi đốt công suất 100w. Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn sợi đốt công suất 150w. Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn sợi đốt công suất 200w. Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn halogen khoảng cách 200mm.

Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn halogen khoảng các 300mm. Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn halogen khoảng cách 900mm. Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn halogen khoảng cách 2000mm. Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn halogen khoảng cách 3000mm.

Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại bằng đèn halogen khoảng cách 5000mm. Đo kiểm tra bức xạ mẫu chất amonia khoảng cách 250mm lần 1. Đo kiểm tra bức xạ mẫu chất amonia khoảng cách 250mm lần 2. Đo kiểm tra bức xạ mẫu chất amonia khoảng cách 250mm lần 3.

Kết luận chương 4 .107 TÀI LIỆU THAM KHẢO .109 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ Tiếng Anh Tiếng Việt viết tắt ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số BS Beam Splitter Bộ tách tia DAC Digital-Analog Convertor Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DIR Detector Infrared Radiation Cảm biến đo bức xạ hồng ngoại DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số EMR Electric magnetic Radiation Bức xạ điện từ EOM Electro-optic modulator Điều biến quang điện FC Frequency Counter Bộ đếm tần số FFT Fast Fourie Transform Biến đổi Fourie nhanh FIR Far Infrared Radiation Bức xạ hồng ngoại xa FT Fourie Transform Biến đổi Fouire FT-IR Fourie Transform – Infared Phổ hồng ngoại được xác định bằng Radiation biến đổi Fourie IR Infrared Radiation Bức xạ hồng ngoại LD Laser Diode Nguồn laser diode LIA Lock-in amplifier Bộ trích xuất đồng bộ và khuếch đại MCT Mercury-Cadmium-Telluride Cảm biến hồng ngoại MCT MIR Mid Infrared Radiation Bức xạ hồng ngoại trung NIR Near Infrared Radiation Bức xạ hồng ngoại gần S Light Source Nguồn sáng S&H Sampling and Hold Lấy mẫu tín hiệu USB Universal Serial Bus Bus truyền thông đa năng ZPD Zero path difference Điểm cân bằng DAQ Data acquisition Bộ thu nhận dữ liệu LPF low-pass filter Lọc tần số thấp FG Function generator Bộ tạo dao động FTS Fourier Transform Spectrometer Phổ biến đổi Fourier 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tiếng Việt  : Góc phi  : Bước sóng  : Số pi  : Thời gian trễ  : Tần số góc  : Số sóng l : Quang lộ µm : Micromet A : Hệ số hấp phụ d : Quãng đường dịch chuyển gương động f : Tần số Fgt : Tần số hệ giao thoa fr : Tần số của tín hiệu tham chiếu fs : Tần số của tín hiệu mẫu I : Cường độ sáng Imax : Cường độ sáng cực đại Imin : Cường độ sáng cực tiểu K : Nhiệt độ K t : Thời gian T : Chu kỳ V : Độ nét của tín hiệu Vr : Tín hiệu tham chiếu Vs : Tín hiệu mẫu m : Tần số cộng hưởng  cs : Hệ số nén của cao su  lx : Hệ số nén của lò xo 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Phân vùng bước sóng hồng ngoại. Thông số của bức xạ điện từ trường. Tần số dao động cơ bản của một số liên kết phân tử .1 Các thành phần của hệ thống đo phổ hồng ngoại.

Bảng trạng thái các tín hiệu. Điều kiện thí nghiệm xác định độ tương phản của vân giao thoa .1 Danh mục các thiết bị hệ thống cơ khí .2: Thông số kỹ thuật bộ đệm khí dịch chuyển thẳng .3 Thông số động cơ cuộn cảm. Các thông số thử nghiệm.5 Danh mục các thiết bị hệ laser .6 Thông số kỹ thuật của nguồn He-Ne laser .7 Danh mục các thiết bị hệ hồng ngoại IR .8: Thông số kỹ thuật của gương phản xạ .9: Thông số kỹ thuật của gương parabol hội tụ.10: Thông số kỹ thuật của lăng kính chia chùm .11: Thông số kỹ thuật của cảm biến. Danh mục các thiết bị hệ thu nhận tín hiệu .