Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp đo phổ hồng ngoại bằng giao thoa kế laser Michelson (LÀ tiến sĩ)
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học riêng tơi Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tự tìm hiểu, thực hành đánh giá trung thực, khách quan Thiết bị kết nghiên cứu tiến hành thử nghiệm Phòng thí nghiệm Quang điện tử, Bộ mơn Cơ khí xác quang học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS TS Nguyễn Văn Vinh Doãn Giang PGS TS Nguyễn Thị Phương Mai LỜI CÁM ƠN Trong suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nhận nhiều hướng dẫn, giúp đỡ quý báu Thầy Cô bạn bè đồng nghiệp Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin bày tỏ lời cám ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Đặc biệt tơi xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới hai Thầy Cô hướng dẫn PGS,TS Nguyễn Văn Vinh PGS,TS Nguyễn Thị Phương Mai, Thầy Cô tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành nội dung luận án Tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành tới Q Thầy Cơ Bộ mơn Cơ khí xác Quang học góp ý cho tơi ý kiến bổ ích, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi thực hành thí nghiệm q trình nghiên cứu học tập Những nhận xét đánh giá Quý Thầy cô, đặc biệt gợi ý hướng giải vấn đề suốt trình nghiên cứu thực học vơ quý giá không trình viết luận án mà trình hoạt động chuyên môn sau Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới anh chị em công tác Bộ mơn Cơ khí xác Quang học, tập thể nghiên cứu sinh Bộ môn chia sẻ tạo điều kiện giúp tơi hồn thành nội dung luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đo lường Quốc gia; Trung tâm Đo lường Quân đội, giúp đỡ tơi q trình kiểm tra đánh giá kết thực nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng Bộ tư lệnh Hóa học - Bộ Quốc phòng; Ban lãnh đạo, huy Viện Hóa học - Môi trường quân tạo điều kiện thời gian, bố trí cơng việc giúp tơi hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu trường Đại học Bách khoa Hà Nội Cuối xin cảm ơn đến gia đình bạn bè chia sẻ, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Doãn Giang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC BẢNG BIỂU .8 MỞ ĐẦU .12 1.Tính cấp thiết đề tài luận án .12 Mục đích, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu 12 Nội dung nghiên cứu .13 Những kết luận án 13 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 14 1.1.Đặt vấn đề 14 1.2.Bức xạ hồng ngoại .14 1.3.Bức xạ chất tự nhiên 16 1.4.Thiết bị đo phân tích phổ hồng ngoại sử dụng biến đổi Fourier 17 1.5.Tổng quan thiết bị đo phổ hồng ngoại sử dụng biến đổi Fourier 20 1.6 Ứng dụng hồng ngoại phân tích phát chất hóa học .21 1.7 Một số kỹ thuật dịch chuyển gương động giao thoa kế Michelson 23 1.7.1 Kỹ thuật dịch chuyển thẳng 23 1.7.2 Kỹ thuật quay gương 24 1.7.3 Kỹ thuật sử dụng kiểu quay đàn hồi 24 1.8 Kỹ thuật thu nhận xử lý số liệu đo 25 1.9 Các giải pháp ổn định rung động chống nhiễu đo 25 1.10 Kết luận 27 1.11 Hướng nghiên cứu luận án 27 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐO BỨC XẠ HỒNG NGOẠI BẰNG GIAO THOA KẾ MICHELSON LASER 28 2.1 Đặt vấn đề 28 2.2 Giao thoa kế Michelson 28 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý giao thoa Michelson 28 2.2.2 Sự thay đổi cường độ ảnh giao thoa 29 2.2.3 Sự thay đổi vân giao thoa 30 2.2.4 Xác định tần số dịch chuyển gương động hệ giao thoa .33 2.3 Máy phân tích phổ hồng ngoại hấp thụ sử dụng giao thoa kế Michelson 34 2.4 Xây dựng sơ đồ máy đo phổ hồng ngoại giao thoa Michelson 38 2.4.1 Sơ đồ nguyên lý đo 38 2.4.2 Mô tả hoạt động hệ thống đo .39 2.4.3 Đo lấy mẫu tín hiệu .40 2.5 Thu nhận xử lý tín hiệu đo phổ xạ hồng ngoại .44 2.6 Ứng dụng vào hệ đo phổ hồng ngoại 46 2.7 Xử lý tín hiệu phép biến đổi Fourie-Transform 49 2.8.Ưu điểm phương pháp phân tích phổ FT-IR sử dụng giao thoa kế Michelson 53 2.8.1 Độ phân giải độ xác cao 53 2.8.2 Đa bước sóng .53 2.8.3 Năng lượng truyền qua lớn 54 2.9.Kết luận chương .56 CHƯƠNG 3: NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU CHO HỆ THỐNG PHỔ HỒNG NGOẠI BẰNG KỸTHUẬT ĐIỀU BIẾN PHA 57 3.1 Đặt vấn đề 57 3.2 Kỹ thuật trích xuất đồng khuếch đại 57 3.3 Các kỹ thuật điều biến sử dụng phân tích phổ hồng ngoại .60 3.3.1 Kỹ thuật điều biến biên độ 60 3.3.2 Điều biến tần số 62 3.3.3 Kỹ thuật điều biến pha 64 3.4 Xác dịnh biên độ tần số điều biến tối ưu sử dụng phương pháp điều biến pha 67 3.5 Kết luận chương 69 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 71 HỆ THỐNG ĐO PHỔ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 71 4.1 Đặt vấn đề 71 4.2 Xác định lựa chọn thông số thiết bị hệ thống 71 4.2.1 Hệ thống khí 71 4.2.2 Đệm khí cho gương động 72 4.2.3 Đông voice coil - VC 73 4.3 Tích hợp máy đo giao thoa 74 4.4 Bàn cách ly rung động 75 4.5 Hệ giao thao laser .80 4.5.1 Nguồn phát laser 80 4.5.2 Gương phản xạ lăng kính chia chùm .81 4.6 Hệ giao thoa hồng ngoại .81 4.6.1 Gương phản xạ hồng ngoại .82 4.6.2 Lựa chọn gương Parabol hội tụ 84 4.6.3 Lựa chọn chia chùm hồng ngoại 85 4.6.4 Lựa chọn Cảm biến hồng ngoại 86 4.7 Hệ thơng thu nhận xử lý tín hiệu 87 4.7.1 Bộ tạo tín hiệu dao động chuẩn (Function Generator-FG) 88 4.7.2 Bộ khuếch đại lock-in amplifier (LIA) 88 4.7.3 Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC thu nhận liệu DAQ .89 4.8 Thiết lập chỉnh hệ thống 90 4.8.1 Thiết lập chỉnh hệ thống giao thoa laser .90 4.8.2 Hiệu chỉnh detector hồng ngoại .91 4.9 Đo thử nghiệm hoạt động hệ thống với mội số nguồn phát xạ hồng ngoại 93 4.9.1 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn sợi đốt công suất 100w 94 4.9.2 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn sợi đốt công suất 150w 95 4.9.3 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn sợi đốt công suất 200w 96 4.9.4 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn halogen khoảng cách 200mm 97 4.9.5 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn halogen khoảng 300mm 98 4.9.6 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn halogen khoảng cách 900mm 99 4.9.7 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn halogen khoảng cách 2000mm 100 4.9.8 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn halogen khoảng cách 3000mm 101 4.9.9 Đo kiểm tra nguồn phát xạ hồng ngoại đèn halogen khoảng cách 5000mm 102 4.9.10 Đo kiểm tra xạ mẫu chất amonia khoảng cách 250mm lần 103 4.9.11 Đo kiểm tra xạ mẫu chất amonia khoảng cách 250mm lần 104 4.9.12 Đo kiểm tra xạ mẫu chất amonia khoảng cách 250mm lần 105 4.10 Kết luận chương 106 KẾT LUẬN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Bộ tách tia ADC Analog Digital Converter BS Beam Splitter DAC Digital-Analog Convertor DFT Discrete Fourier Transform Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự Biến đổi Fourier rời rạc DIR Detector Infrared Radiation Cảm biến đo 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 Radiation Phổ hồng ngoại xác định biến đổi Fourie IR Infrared Radiation Bức xạ hồng ngoại LD Laser Diode Nguồn laser diode LIA Lock-in amplifier Bộ trích xuất đồng 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 thơng đa ZPD Zero path difference Điểm cân DAQ Data acquisition Bộ thu nhận liệu LPF low-pass filter Lọc tần số thấp FG Function generator Bộ tạo dao động FTS Fourier Transform Spectrometer Phổ biến đổi Fourier 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 : Fgt : Tần số Tần số hệ giao thoa fr : Tần số tín hiệu tham chiếu fs : Tần số 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 tín hiệu Vr : Tín hiệu tham chiếu Vs : Tín hiệu mẫu m : Tần số cộng hưởng cs : Hệ số nén cao su lx : Hệ số nén lò xo DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân vùng bước sóng hồng ngoại 14 Bảng 1.2 Thông số xạ điện từ trường 16 Bảng 1.3 Tần số dao động số liên kết phân tử 17 Bảng 2.1 Các thành phần hệ thống đo phổ hồng ngoại 38 Bảng 2.2 Bảng trạng thái tín hiệu 47 Bảng 3.1 Điều kiện thí nghiệm xác định độ tương phản vân giao thoa 68 Bảng 4.1 Danh mục thiết bị hệ thống khí 72 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật đệm khí dịch chuyển thẳng 73 Bảng 4.3 Thông số động cuộn cảm 74 Bảng 4.4 Các thông số thử nghiệm .76 Bảng 4.5 Danh mục thiết bị hệ laser .80 Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật nguồn He-Ne laser .81 Bảng 4.7 Danh mục thiết bị hệ hồng ngoại IR 81 Bảng 4.8: Thông số kỹ thuật gương phản xạ 82 Bảng 4.9: Thông số kỹ thuật gương parabol hội tụ .84 Bảng 4.10: Thông số kỹ thuật lăng kính chia chùm .86 Bảng 4.11: Thông số kỹ thuật cảm biến 87 Bảng 4.12 Danh mục thiết bị hệ thu nhận tín hiệu 87 Bảng 4.13: Thơng số tạo tín hiệu dao động chuẩn 88 Bảng 4.14 Thông số kỹ thuật LIA (PS-1) 89 Bảng 4.15: Thông số kỹ thuật ADC- VDS-3102 89 Bảng 4.16 Bảng thông số thiết bị thử nghiệm 93 Bảng 4.17 Bảng số liệu bước sóng đèn sợi đốt, công suất 100W 94 Bảng 4.18 Bảng số liệu bước sóng đèn sợi đốt, công suất 150W 95 Bảng 4.19 Bảng số liệu bước sóng đèn sợi đốt, công suất 200W 96 Bảng 4.20 Bảng số liệu bước sóng đèn halogen đo khoảng 200mm .97 Bảng 4.21 Bảng số liệu bước sóng đèn halogen đo khoảng cách 500mm 98 Bảng 4.22 Bảng số liệu bước sóng đèn halogen đo 900mm 99 Bảng 4.23 Bảng số liệu bước sóng đèn halogen đo khoảng cách 2000mm 100 Bảng 4.24 Bảng số liệu bước sóng đèn halogen đo khoảng cách 3000mm 101 Bảng 4.25 Bảng số liệu bước sóng đèn halogen đo 5000mm 102 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ tả sóng điện từ không gian[78] 14 Hình 1.2: Phân bố lượng xạ nhiệt theo định luật Wiens 15 Hình 1.3: Trạng thái dao động phân tử 16 Hình 1.4: Đo phổ cách tử 18 Hình 1.5: Nguyên lý đo cách tử 18 Hình 1.6 : Phương pháp đo giao thoa kế Fabry-Perot; 18 Hình 1.7: Sơ đồ thiết bị phân tích phổ hồng ngoại xạ 19 1-Nguồn sáng, 2-Bộ tách tia, 3- Gương tĩnh, 4-Gương động, 5- Detector 19 Hình 1.8: Sơ đồ thiết bị phân tích phổ hồng ngoại xạ 20 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên máy hồng ngoại phương pháp hấp thụ 21 Hình 1.10: Ứng dụng thiết bị đo giám sát hồng ngoại từ xa 22 Hình 1.11: Giám sát mục tiêu cố định .23 Hình 1.12: Sơ đồ dịch chuyển gương động thẳng 23 Hình 1.13: Kỹ thuật quay gương [73] 24 Hình 1.14: Kỹ thuật dịch chuyển kiểu lắc khung [73] 24 Hình 1.15: Bàn cách ly đệm cao su 26 Hình 1.16: Bàn cách ly đệm lò xo 26 Hình 1.17 Bàn cách ly đệm khí 26 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý giao thoa kế Michelson 28 Hình 2.2: Ảnh vân giao thoa ảnh T 29 Hình 2.3: Đồ thị gương động dịch chuyển .30 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý tạo vân sáng d=0 31 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý tạo vân tối d= /2 31 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý tạo vân sáng d= 32 Hình 2.7: Ảnh thu vân giao thoa vị trí cảm biến .32 Hình 2.8: Mơ tả sóng dao động sau giao thoa 33 Hình 2.9: Máy đo phổ hồng ngoại hấp thụ sử dụng giao thoa kế Michelson 34 Hình 2.10: Giao thoa nguồn bước sóng .35 Hình 2.11: Biến đổi Fourier từ đồ thị giao thoa nguồn xạ [44] .37 Hình 2.12 Tín hiệu giao thoa tổng hợp xung quanh vị trí cân [26] .38 Hình 2.13: Sơ đồ máy phân tích phổ hồng ngoại xạ 38 Bảng 2.1 Các thành phần hệ thống đo phổ hồng ngoại 39 Hình 2.14: Đồ thị laser thu từ cảm biến PD2 PD3 42 Hình 2.15: Đồ thị laser thu từ cảm biến PD2 PD3 .42 Hình 2.16: Ảnh giao thoa nguồn laser phân tách thành tia lệch pha 44 Hình 2.17: Sơ đồ q trình xử lý tín hiệu đo 44 Hình 2.18 Mơ tả tín hiệu lấy mẫu [7] .45 Hình 2.19: Tín hiệu sau lấy mẫu .45 Hình 2.20: Sơ đồ lấy mẫu tín hiệu giao thoa hồng ngoại .46 Hình 2.21: Ảnh giao thoa nguồn hồng ngoại 48 Hình 2.22: Mơ tả tín hiệu theo thời gian .48 Hình 2.23: Sơ đồ giải thuật biến đổi FT cho nguồn hồng ngoại 51 Hình2.24 Tín hiệu giao thoa đèn nhiệt chuyển đổi sang tần số 52 Hình 2.25: Đồ thị phổ bước sóng đèn nhiệt 53 Hình 2.26 Máy phân tích phổ sử dụng cách tử phản xạ [22] 54 Hình 2.27 Thơng lượng xạ vào hệ quang máy đo hồng ngoại .54 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý LIA[79] 57 Hình 3.2 Tín hiệu đo nằm nhiễu[58] .58 Hình 3.3 Bộ nhân tín hiệu đo với tín hiệu chuẩn[29] 58 Hình 3.4 Tín hiệu sau nhân [79] .59 Hình 3.5 Tín hiệu sau lọc cho qua tần số thấp[79] 59 Hình 3.6 Điều biến biên độ 60 Hình 3.7 Thiết bị phân tích phổ sử dụng kỹ thuật điều biến biên độ [74] 60 Hình 3.8 Phân tích phổ hồng ngoại sử dụng kỹ thuật điều biến tần số 63 Hình 3.9 Đồ phổ hấp thụ C2H2 sử dụng kỹ thuật điều biến tần số 64 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý đo phổ hồng ngoại hấp thụ - điều biến pha .65 Hình 3.11: Sơ đồ hoạt động hệ thống đo sử dụng LIA 68 Hình 3.12: Tín hiệu giao với biên độ điều biến V .69 Hình 3.13.Tín hiệu giao thoa với tần số điều biến Hz .69 Hình 3.14 Tín hiệu thành phần bậc trích xuất từ tín hiệu giao thoa laser 69 Hình 4.1 Thiết bị đo phổ xạ hồng ngoại 71 Hình 4.2 Nguyên lý dịch chuyển đệm khí gương động 72 Hình Đệm khí dịch chuyển thẳng 73 Hình 4.4: Động cuộn cảm 73 Hình 4.5: Thiết kế mô thiết bị 74 Hình 4.6.Bàn cách ly rung động cấp .75 Hình 4.7 Đồ thị hàm truyền T phụ thuộc tần số kích động 76 Hình 4.8 Đồ thị hàm truyền T phụ thuộc tần số kích động 77 Hình 4.9 Ảnh hưởng khối lượng m2 đến hàm truyền 77 Hình 4.10 Mơ hình thử nghiệm bàn giảm chấn 78 Hình 4.11 Đồ thị quan hệ tải trọng hệ số giảm chấn .78 10 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu luận giải sở lý thuyết xây dựng mơ hình thực nghiệm, luận án đạt mục tiêu nội dung nghiên cứu đề Những kết đạt mang ý nghĩa khoa học thực tiễn sau: Phân tích làm rõ nguyên lý phương pháp đo xạ hồng ngoại Dựa sở sử dụng giao thoa kế Michelson, luận án phân tích rõ nguyên lý hoạt động hệ thống đánh giá ưu nhược điểm cấu dịch chuyển gương động giao thoa Dựa nguyên lý hoạt động thiết bị có hãng giới, tác giả đề xuất phương pháp đo có bổ sung thành tín hiệu giao thoa nguồn laser để lấy mẫu tín hiệu Đồng thời, phương pháp làm tăng độ phân giải phép đo dựa nguyên lý giao thoa tính chất phân cực ánh sáng Phương pháp cho phép nâng cao độ phân giải phép đo đạt /8, bước sóng nguồn sáng tham chiếu laser =632,8nm Trong phương pháp xử lý tín hiệu đo, luận án trình bày chi tiết kỹ thuật điều biến pha ứng dụng thành công việc trích xuất thu nhận tín hiệu Với phương pháp này, khả xử lý tách nhiễu bị vùi tín hiệu cho độ sắc nét lên đến V=90% Tác giả thực nhiều thử nghiệm đưa giải pháp lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống thu nhận tín hiệu, phân tích lựa chọn phần tử quang học thiết bị để thử nghiệm hệ thống Phân tích đánh giá yếu tố nguyên nhân gây sai số hệ thống đo độ xác hệ thống khí lắp đặt phần tử quang học như: độ vng góc gương so với quang trục, phương pháp tác dụng lực hệ thống dịch chuyển gương động Trên sở đó, thiết kế mơ hình thử nghiệm cho hệ thống đo Luận án đề xuất giải pháp sử dụng đệm cao su kết hợp lò xo sợi tạo giảm chấn cấp làm giảm nhiễu rung động môi trường xung quanh Quá trình thử nghiệm hoạt động hệ thống bước đầu cho thấy tín hiệu đo phản ánh nguyên lý hoạt động theo sơ đồ thiết kế Kết thử nghiệm kiểm tra với mẫu thử nguồn nhiệt (sử dụng đèn sợi đốt đèn halogen) cho thấy khả phát thiết bị dải bước sóng 2,5m đến 3,6m với khoảng cách đo 200-2000mm Thử nghiệm với mẫu khí, hệ thống phát vết dao động mẫu chất amoniac phạm vi 300mm 107 Những kết nghiên cứu mới: Luận án phân tích làm rõ nguyên lý hoạt động thiết bị đo phổ hồng ngoại, từ đóđề xuất phương pháp kết hợp tín hiệu giao thoa laser để tăng độ phân giải cho hệ thống đo Sử dụng kỹ thuật điều biến pha giao thoa, nghiên cứu đo lường quang học cho khả xử lý thu nhận tín hiệu có độ sắc nét cao Tính tốn thiết kế chế tạo bàn giảm chấn cấp kết hợp đệm cao su lò xo sợi, kết cho thấy hệ số giảm chấn đến 90% lực kích động từ bên ngồi có tần số 2-10Hz Hướng nghiên cứu tiếp theo: Với kết trên, luận án tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hệ thống, nâng cao chất lượng chế tạo sản phẩm thiết bị 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Văn Chuyết, Kỹ thuật điện tử số, Nhà xuất Giáo dục, 1998 [2] Đỗ Xuân Lôi, Cấu trúc liệu giải thuật, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006 [3] Hồ Quang Quý, Đoàn Hoài Sơn, Chu Văn Lanh, Nhập môn Bẫy quang học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011 [4] Hoàng Hữu Thư, Cơ sở Vật lý quang học vật lý lượng tử, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2011 [5] Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân, Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2001 [6] Nguyễn Phong Điền, Kỹ thuật đo phân tích dao động học, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2015 [7] Nguyễn Quốc Trung, Xử lý tín hiệu lọc số, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2008 [8] Nguyễn Thế Bình, Quang phổ học thực nghiệm, Nhà xuất Giáo dục, 2006 [9] Nguyễn Tiến Thọ - Nguyễn Xuân Bảy - Nguyễn Thị Cẩm Tú, Kỹ thuật đo lường kiểm tra chế tạo khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2005 [10 Nguyễn Văn Vinh, Nghiên cứu đảm bảo khả phân giải độ xác giao thoa kế laser đo lường độ dài khí, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, 2003 [11] Phạm Thị Ngọc Yến, Xử lý tín hiệu số: tín hiệu-hệ thống tuyến tính lọc số DSP, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật, 2009 [12] Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa, Nguyễn Thị Vấn, Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý, Nhà xuất Giáo dục, 2004 [13] Phạm Thượng Hàn, Xử lý số tín hiệu ứng dụng, Nhà xuất Giáo dục, 2009 [14] Phùng Hồ, Giáo trình vật lý điện tử, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2011 [15] Quang học sóng, Nhà xuất Giáo dục, 2007 [16] Tạ Thị Thúy Hương, Cơ sở bảo đảm, nâng cao độ xác phép đo độ tròn, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, 2015 [17] Trần Định Tường, Hoàng Hồng Hải, Quang kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 [18] Vũ Thanh Khiết, Nhiệt độ vận động vật chất, Nhà xuất Giáo dục, 2008 109 Tiếng Anh [19] Advantages of a Fourier Transform Infrared Spectrometer,Technical Note 50674, ©2008-2015 Thermo Fisher Scientific Inc [20] Alexander vladimir conde, Application of doas, ftir and multi-gas for studies of evolving volcanic activity, Thesis for the degree of doctor of philosophy, department of earth and space sciences chalmers university of technology gothenburg, Sweden 2015 [21] Antii Heikkila, Msc, Field-portable fourier transform infrared (ftir) spectroscopy for gas and vapor analysis, Chapter on ftir gas measurement by the real time detection chapter of the aiha ISBN-13: 978-1-935082-41-5 [22] B C Smith, Fundamentals of Fourier Transform infrared spectroscopy, CRS Press, 1996 [23] Bacsik, Z., Mink, J & Keresztury, G (2004) Appl Spectrosc Reviews 39, 295-363 [24] Banwell, C.N & McCash, E.M (1999) Fundamentals of Molecular Specroscopy New [25] Bhattacharyya, et al., Wavelength modulation spectroscopy using novel mechanical light chopper blade designs, Review of scientific instruments, Vol 76, (2005), 083903 [26] Bomse, David S., Alan C Stanton, and Joel A Silver, Frequency modulation and wavelength modulation spectroscopies: comparison of experimental methods using a lead-salt diode laser, Applied Optics 31.6 (1992): 718-731 [27] Brian C Smith, Fundamentals of fourier transform infrared spectroscopy, Taylor & Francis Group, © 2011 by Taylor and Francis Group, LLC [28] Codding, E.G & Horlick, G (1973) Appl Spectrosc 27, 85-92 [29] Connes, J & Connes, P (1966) J Opt Soc Am 56, 896-910 [30] Connes, P., Connes, J & Maillard, J.P (1969) Atlas des Spectres dans le Proche Infrarouge de Venus, Mars, Jupiter, et Saturne Paris: Editions des Centre National de Recherche Scientifique [31] Cooley, J.W & Tukey, J.W (1965) Math Comput 19, 291 [32] D.W Ball, The basics of spectroscopy, SPIE PRESS, 2001 [33] Daniela Viviana Vladutescu, Optical remote sensing of properties and concentrations of atmospheric trace constituents, a dissertation submitted to the graduate faculty in engineering in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy, The City University of New York 2008 [34] Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Co Ltd [35] E Hetch, Optics 4th edition, Pearson Education Inc., (2002) [36] F Huth, A.A Govyadinov, S Amarie,W Nuansing, F Keilmann, and R Hillenbrand Nano-FTIR absorption spectroscopy of molecular fingerprints at 20 nm spatial resolution Nano Letters 12(8), 3973 (2012) [37] Fritz Riehle, Frequency Standards: Basics and Applications, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim, 2004 110 [38] G Bradley Armen, Phase sensitive detection: the lock-in Amplifier, Department of Physics and Astronomy 401 Nielsen Physics Building The University of Tennessee, Knoxville, Tennessee 37996-1200, Copyright © April 2008 by George Bradley Armen [39] Gruber Jr, Thomas C., Larry B Grim, and John T Ditillo, Comparison of active and passive FTIR, Aerospace/Defense Sensing and Controls International Society for Optics and Photonics, 1998 [40] H Worden, R Beer, and C:P Rinsland, Airborne infrared spectroscopy of 1994 western wildfires, J Geophys Res 102, 1287-1299 (1997) [41] H Worden, R Beer, and C:P Rinsland, Airborne infrared spectroscopy of 1994 western wildfires, J Geophys Res 102, 1287-1299, 1997 [42] Harig, Roland, Passive remote sensing of pollutant clouds by Fourier-transform infrared spectrometry: signal-to-noise ratio as a function of spectral resolution, Applied Optics,Vol 43, pp 4603-4610 2004 [43] Hariharan P, Optical Interferometry 2nd Edition, Academic Press, Elsevier, 2003 [44] Hua Yu, Pattern recognition methods for automated detection and quantification: applications to passive remote sensing and near infrared spectroscopy, University of Iowa, Phd (doctor of philosophy) thesis, University of Iowa, 2014 [45] James C Wyant, White light interferometry, optical sciences center, University of Arizona, Tucson, AZ 85721 [46] K Meiners-Hagen, R Schödel, F Pollinger, A Abou-Zeid, Multi-Wavelength interferometry for length measurements using diode lasers, Measurement Science Review, Volume 9, Section 3, No.1, 2009 [47] Kiruthika Devaraj, The centimeter- and millimeter-wavelength ammonia absorption spectra under jovian conditions, in partial ful_llment of the requirements for the degree doctor of philosophy in electrical and computer engineering, School of Electrical and Computer Engineering Georgia Institute of Technology, December 2011 [48] Kuznetsov, Sergei A., et al, Selective pyroelectric detection of millimetre waves using ultra-thin metasurface absorbers, Scientific Reports (2016) [49] L Genzel and J Kuhl, A new version of a Michelson interferometer for Fourier transform infrared spectroscopy, Infrared Physics, Vol 18, , 113-120, 1978 [50] Lee, Feiwen, et al., A MEMS-based resonant-scanning lamellar grating Fourier transform micro-spectrometer with laser reference system, Sensors and Actuators A: Physical Vol.149, 221-228, 2009 [51] Lori A Todd, Mallika Ramanathan, Kathleen Mottus, Robert Katz, Ashley Dodson, Measuring chemical emissions using open-path Fourier transform infrared (OP-FTIR) spectroscopy and computer-assisted tomography, Gary Mihlan – 1999, 2000 [52] Lucey, Paul G., and Jason Akagi, A Fabry-Perot interferometer with a spatially variable resonance gap employed as a Fourier transform spectrometer, SPIE Defense, Security, and Sensing, International Society for Optics and Photonics, 2011 111 [53] Lucey, Paul G., and Jason Akagi., A Fabry-Perot interferometer with a spatially variable resonance gap employed as a Fourier transform spectrometer, SPIE Defense, Security, and Sensing, International Society for Optics and Photonics, 2011 [54] M Diem, Introduction to Modern Vibrational Spectroscopy, Wiley, New York, 1993 [55] Mandon, Julien, Guy Guelachvili, and Nathalie Picqué, Frequency-modulation Fourier transform spectroscopy: a broadband method for measuring weak absorptions and dispersions, Optics letters 32.15 (2007): 2206-2208 [56] Michelson Interferometer and Fourier transform spectrometry, Physics 331A, 2007 [57] Mr Rajendra Kerumali1, Prof Dr S H Sawant2, Theoretical and Numerical Analysis of Vibration Isolator Subjected to Harmonic Excitation, International Journal of Research in Advent Technology, Vol.2, No.7, July 2014, E-ISSN: 2321-9637 [58] Newport Corp., Technical Note: Introduction to FTIR Spectroscopy [59] Optical Chopper System and Chopper ;Wheels; https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=287 [60] P Jaakola, Industrial Applications of Low Resolution FT-IR Gas Phase spectrometry, 1997 [61] P.B Coleman, Practical Sampling Techniques for: Infrared Analysis, CRC Press, 1993 [62] P.S.Balaji1,M.E.Rahaman, Leboula Moussa3, Lau Hieng Ho4, Vibration isolation of structures and equipment using Wire rope, International Journal of Modern Trends in Engineering and Research ISSN No.:2349-9745, Date: 2-4 July, 2015 [63] Paul Cervenak, Eva-Johanna Hengeler & David Spataro, Lock-in amplier, January 14, 2014 [64] Paulina M Maya-Hernández, Luis C Álvarez-Simón, María Teresa Sanz-Pascual, and Belén Calvo-López, An Integrated Low-Power Lock-In Amplifier and Its Application to Gas Detection, Sensors 2014, 14, 15880-15899; doi:10.3390/s140915880 [65] Phase and Amplitude Modulator Applications [66] Rapp, Norbert, and Arno Simon "Digital FTIR spectrometer." U.S Patent No 7,034,944, 2006 [67] Réfrégier P., and Antoine R., Visibility interference fringes optimization on a single beam in the case of partially polarized and partially coherent light, Optics letters, Vol 32, (2007), pp 366-1368 [68] Roland Harig, Jorn Gerhard, Rene Braun, Chris Dyer, Ben Truscott, Richard Moseley, Remote detection of gases and liquid by imaging fourier transform spectrometry using a focal plane array detector: first results, 2006 [69] Shao, Jun, et al Modulated photoluminescence spectroscopy with a step-scan Fourier transform infrared spectrometer, Review of scientific instruments 77.6 (2006): 063104 [70] Thanh-Tung Vu, et al., Accurate displacement-measuring interferometer with wide range using an I2 frequency-stabilized laser diode based on sinusoidal frequency modulation, Measurement Science and Technology, Vol 27, (2016), 105201 Thanh-Tung Vu, et al., Sinusoidal frequency modulation on laser diode for frequency [71] 112 [72] [73] [74] [75] stabilization and displacement measurement, Measurement, Vol 94 (2016), 927-933 Todd, Lori A., et., Measuring chemical emissions using open-path Fourier transform infrared (OP-FTIR) spectroscopy and computer-assisted tomography, Atmospheric Environment, Vol 35, pp 1937-1947, 2001 Tuomas valikyla, Michelson interferometer with porch swing bearing for portable ftir spectrometer, Turun Yliopiston Julkaisuja – Annales Universitatis Turkuensis Sarja Ser Ai Osa - Tom 487 | Astronomica - Chemica - Physica - Mathematica | Turku 2014 Uchenna H Diala, Gloria N Ezeh, Nonlinear damping for vibration isolation and control using semi active methods, ISSN-l: 2223-9553, ISSN-l : 2223-9944, Vol 3, No 3, November 2012 United States Patent, Digital FTIR spectrometer, Rapp et al – Apr.25, 2006 [76] United States Patent, Method for operating an FTIR spectrometer, and FTIR spectrometer, Application Publication Will et al – 2010 [77] Wavre N& Thouvenin X, Voice-coil actuators in space, Proc Of Sixth European Space Mechanisms and Tribology Symposium, 4th -6th October, Zürich-Switzerland, (1995), pp 227-232 [78] Walter Luhs - Jan 1999, Michelson Laser Interferometer, LD DIDACTIC distributes its products and solutions under the brand LEYBOLD [79] Zurich Instruments, The Main Principles of Lockin Detection, Nov 26 2016 https://www.zhinst.com/ 113 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Doan Giang, Nguyen Van Vinh, Nguyen Thi Phuong Mai, 2014, “Design the Infrared radiation measurement system by Michelson interferomter”, The 15th ISEPD 2014 International Symposiun on Eco-material Processing and design, (290-293), (ISBN-97889-5708-236-2) Doan Giang, Nguyen Van Vinh, Nguyen Thi Phuong Mai, 2014, “Controlling the velocity of moving mirror in Michelson interfere by magnetic motor”, The 7th AUN/SEED-Net Regional Conference in Machanical and Manufacturing Enginnering 2014, (225-229), (ISBN-978-604-9110942-2) Doãn Giang, Nguyễn Văn Vinh, Nguyễn Thị Phương Mai, 2015, “Phương pháp đo phổ hồng ngoại từ xa”, Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị Đo Lường toàn quốc lần thứ 6, 2015, (354-361), (ISBN-978-604-67-0521-5) Doãn Giang, Nguyễn Văn Vinh, Nguyễn Thị Phương Mai, Vũ Thanh Tùng, 2017 “Xác định biên độ tần số điều biến tối ưu cho máy đo phổ hồng ngoại”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số năm 2017, (53-58), (ISSN-0866-7056) Doan Giang, Nguyen Van Vinh , Nguyen Thi Phuong Mai, Vu Thanh Tung”, 2017 ,“Application of Sinusoidal Phase Modulation Technique for Infrared Spectrum Measurement by Fourier Transform Method”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ (số 119B, tháng 5/2017), (2831), (ISSN 2354-1083) Doãn Giang, Nguyễn Văn Vinh, Nguyễn Quang Hoàng, Đào Mạnh Hùng, Nguyễn Thị Phương Mai, 2017, “Khảo sát rung động bàn giảm chấn cấp sử dụng đo phổ xạ hồng ngoại giao thoa kế Michelson”, Tạp chí nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, đăng số 51, tháng 10 năm 2017, (141-149), (ISSN 1859-1043) 114 PHỤ LỤC Kết thí nghiệm đo với đèn nhiệt b- Phổ bước sóng đèn nghiệt Kết đo phổ xạ hồng ngoại đèn nhiệt khoảng cách 500mm a- Phổ tín hiệu hồng ngoại đèn nhiệt b- Phổ bước sóng đèn nghiệt Kết đo phổ xạ hồng ngoại đèn nhiệt khoảng cách 2000mm a- Phổ tín hiệu hồng ngoại đèn nhiệt a- Phổ tín hiệu hồng ngoại đèn nhiệt b- Phổ bước sóng đèn nghiệt Kết đo phổ xạ hồng ngoại đèn nhiệt khoảng cách 3000mm 115 Kết đo tham chiếu xí nghiệp Z76 Tổng cục cơng nghiệp quốc phòng/BQP Kết đo tham chiếu đèn Halogen khoảng cách 300mm Kết đo tham chiếu đèn Halogen khoảng cách 5000mm 116 Thiết bị đo bước sóng nhà máy Z76/Tổng cục Cơng nghiệp Quốc phòng Thiết bị đo kiểm tra đèn nhiệt nhà máy Z76/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng 117 Chương trình mã CODE Hình ảnh giao diện chương trình thu số liệu đo Mã code chương trình thu nhận số liệu ‘ Khai báo biến chung……………………………………………………… Option Explicit Const BoardNum As Long = ' Board number Dim cc As Long Dim CBRange As Long Dim ADResolution As Long, NumAIChans As Long Dim LowChan As Long, MaxChan As Long Dim ULStat As Long Dim t1 Dim t2 Dim hieu Dim so_dem Dim number_vao As Long Dim so_mau Dim hz Dim i ‘ Chương trình đọc số liệu…………………………………… Private Sub CMD_get2_Click() 'Khia bao ca bien Dim Chan As Long Dim Options As Long Dim DataValue As Single Dim tg Dim i As Long Dim File_name As String Dim sFile As String Dim nFile As Integer ' Mo file 118 nFile = FreeFile With dlgCommonDialog11 DialogTitle = "Save data file" CancelError = False FILTER = "txt files (*.txt))|*.txt" ShowSave sFile = Filename End With Open sFile For Append Shared As #nFile ' Do va Ghi data For i = To 4096 Chan = Val(txtNumChan.Text) ' set input channel If (Chan > MaxChan) Then Chan = MaxChan txtNumChan.Text = Format(Chan, "0") Options = DEFAULTOPTION ULStat = cbVIn(BoardNum, Chan, CBRange, DataValue, Options) so_dem = so_dem + tg = Val(Timer()) Print #nFile, tg & " " & DataValue If ULStat Then Stop If so_dem = so_mau Then MsgBox (" Luu so lieu") End If 'WaitTimer (1) lblShowData.Caption = DataValue Next i Close #nFile MsgBox "Get data is OK" End Sub ‘ Chương trình khoi động…………………………………… Private Sub cmd_load_Click() 'Khia bao ca bien Dim Chan As Long Dim Options As Long Dim DataValue As Single Dim tg Dim i As Long Dim File_name As String Dim sFile As String Dim nFile As Integer nFile = FreeFile With dlgCommonDialog11 DialogTitle = "Save data file" CancelError = False FILTER = "txt files (*.txt))|*.txt" ShowSave sFile = Filename End With Open sFile For Append Shared As #nFile For i = To 4096 Chan = Val(txtNumChan.Text) ' set input channel If (Chan > MaxChan) Then Chan = MaxChan txtNumChan.Text = Format(Chan, "0") Options = DEFAULTOPTION 119 ULStat = cbVIn(BoardNum, Chan, CBRange, DataValue, Options) so_dem = so_dem + tg = Val(Timer()) Print #nFile, tg & " " & DataValue If ULStat Then Stop If so_dem = so_mau Then MsgBox (" Luu so lieu") End If WaitTimer (1) lblShowData.Caption = DataValue Next i Close #nFile MsgBox "Get data is OK" End Sub ‘ Chương trình ghi số liệu vao file…………………………………… Private Sub cmd_save_Click() On Error GoTo thoat Dim totalsample As Long ' totalsample = ListData.ListItems.Count 'If IsNumberOfSamples(totalsample) = False Then ' MsgBox "So mau khong phai so mu nguyen cua 2", vbCritical, "Thong bao" ' Exit Function ' End If Dim sFile As String Dim i As Integer With dlgCommonDialog11 DialogTitle = "Save data file" CancelError = False FILTER = "txt files (*.txt))|*.txt" ShowSave ' If Len(.FileName) = Then ' Savefile = False ' Exit Function ' End If sFile = Filename End With Open sFile For Output As #1 For i = To List_data.ListCount - Print #1, List_data.List(i) Next Close #1 ' Savefile = True MsgBox " Da co tong so : " & List_data.ListCount & "da luu", vbExclamation thoat: End Sub Public Sub WaitTimer(ByRef Time As Single) Dim hTimer As Single hTimer = (Time / 1000000000) Do DoEvents Loop Until hTimer < Timer, End Sub 120 Ảnh thiết bị đo phổ hồng ngoại Mơ hình thiết bị máy đo phổ hồng ngoại tác giả xây dựng Bộ mơn khí xác quang học/Viện khí/ĐHBK Hà Nội Căn chỉnh hệ thống hồng ngoại Thiết lập hệ thống đo kiểm tra đèn Halogen 121 ... quan nguồn xạ hồng ngoại phương pháp đo phổ hồng ngoại Chương 2: Phương pháp đo phổ xạ hồng ngoại giao thoa kế Michelson Chương 3: Kỹ thuật điều biến pha phương pháp đo phổ hồng ngoại Chương 4:... hiệu đo - Chế tạo thành công thiết bị đo phổ xạ hồng ngoại giao thoa kế laser Michelson Với nghiên cứu trên, luận án thực nội dung phương pháp đo Đây phương pháp đo mới, giới có số nước nghiên cứu. .. qua việc đo phân tích phổ hồng ngoại Có hai phương pháp đo phổ xạ hồng ngoại Phương pháp đo phổ hồng ngoại hấp thụ với sơ đồ nguyên lý sau: a-Sơ đồ nguyên lý đo hấp thụ [8] a-Thiết bị đo phổ hấp