Theo sơ ủồ khối của phộp ủo ủược mụ tả trờn hỡnh 4.19, sau khi chiếu một chựm ỏnh sỏng vào mẫu, thành phần Rd ủược quả cầu tớch phõn #1 thu gom lại và ủược nhận biết nhờ ủầu thu cú ủộ nhạy cao PD1. Một cỏch tương tự, thành phần Td
ủược thu gom và ủược nhận biết bởi quả cầu tớch phõn #2 và ủầu thu PD2. Thành phần Tc ủược ủưa trực tiếp ủến ủầu thu PD3.
Như vậy, cỏc thành phần Rd,Td,Tc chớnh là tớn hiệu thu ủược từ cỏc ủầu thu PD1, PD2, PD3. Cỏc tớn hiệu này ủược số hoỏ nhờ bộ biến ủổi ADC. Sau ủú, chỳng ủược ủưa ủến PC ủể tớnh toỏn theo mụ hỡnh KM.
Hiện nay trờn thị trường ủó cú nhiều bộ biến ủổi ADC chuyờn dụng, ủó ủược chuẩn húa. Trong luận ỏn này, tỏc giả ủó sử dụng bộ biến ủổi ADC của hóng LabJack, CHLB Đức.
4.4. Chế tạo thiết bị
Trờn cơ sở hệ ủo với cấu hỡnh ủo nhanh và ủể thuận tiện cho việc ủo ủạc ngoài hiện trường, tỏc giả ủó phỏt triển thành một thiết bị ủo thụng số quang lưu ủộng. Những khối chớnh của thiết bị gồm cú:
Laser diode
Quả cầu tớch phõn #1 Quả cầu tớch phõn #2
PD 3
PD 2 PD 1
Mẫu
Số hoỏ & Tiền xử lý PC - Tớnh toỏn và Hiển thị
Hệ ủiều khiển laser diode: cú cỏc mạch bảo vệ quỏ dũng, quỏ nhiệt, ủảm bảo
ổn ủịnh cụng suất lối ra của laser;
Laser diode: nguồn sỏng;
Quang hệ: với hệ thấu kớnh cú thể di chuyển theo phương vuụng gúc với
quang trục, tạo ra chựm tia chuẩn trực;
Hệ quả cầu tớch phõn, cuvette và photodiode: cho phộp thực hiện thuật toỏn
theo mụ hỡnh KM, mụ phỏng MC và phỏt triển ứng dụng trờn DSP. Mẫu ủược chứa trong Cuvette. Cỏc tớn hiệu quang bao gồm tỏn xạ ngược, tỏn xạ xuụi và thành phần chuẩn trực ủược biến ủổi thành cỏc tớn hiệu ủiện tương ứng là Rd,
d
T và Tc;
Bộ biến ủổi ADC chuyờn dụng: biến ủổi tớn hiệu tương tự thành tớn hiệu số dựa
trờn phỏt triển ứng dụng ADC chuyờn dụng của hóng LabJack;
PC: ủể trao ủổi dữ liệu với ADC và DSP, lọc số liệu ủo từ cỏc ủầu thu, tớnh toỏn theo cỏc mụ hỡnh ủo, hiển thị và lưu trữ kết quả;
Nguồn nuụi: cung cấp cỏc nguồn +5 VDC, ±12 VDC. 4.4.1. Cỏc khối chức năng
1. Nguồn sỏng và hệ ủiều khiển laser
Lựa chọn nguồn sỏng thớch hợp ủúng một vai trũ quan trọng trong việc xõy dựng hệ ủo. Theo hiệp hội sức khoẻ cộng ủồng Hoa kỳ, nguồn sỏng phự hợp ủể kiểm tra, ủỏnh giỏ chất lượng thuỷ vực tuõn theo một trong hai tiờu chuẩn [39]: tiờu chuẩn USEPA 180.1 và tiờu chuẩn ISO 7027 (bảng 4.4).
Bảng 4.4: Tiờu chuẩn nguồn sỏng cho việc kiểm tra chất lượng nguồn nước
Đề mục Tiờu chuẩn USEPA 180.1 Tiờu chuẩn ISO 7027
Bước song Đốn Vụnfram cú nhiệt ủộ màu trong khoảng 2200 ữ3000 0 K 860 nm Độ rộng phổ Khụng xỏc ủịnh 60 nm, khụng phõn kỳ, ủộ hội tụ nhỏ hơn hoặc bằng 1,5 ủộ Gúc ủo 900 ± 300 900 ± 2,50
Tỏn xạ, bờn cạnh sự phụ thuộc vào hỡnh dạng và kớch thước của cỏc phần tử cú trong mẫu, cũn bị ảnh hưởng bởi mầu sắc. Hơn nữa, nguồn sỏng ớt bị ảnh hưởng bởi
mầu sắc nhất khi cú bước súng nằm trong vựng từ 860 nm ủến 890 nm [72]. Hay núi cỏch khỏc, nguồn sỏng ớt bị ảnh hưởng bởi mầu sắc nhất tuõn theo tiờu chuẩn ISO 7027. Trong luận ỏn này, tỏc giả ủó chế tạo nguồn sỏng sử dụng chip laser diode sld102 của hóng Laser component, cú cụng suất lối ra 20 mW, bước súng 820 nm. Thụng số kỹ thuật cơ bản của chip laser này ủược mụ tả trong bảng 4.5.
Bảng 4.5: Thụng số kỹ thuật cơ bản của chip laser sld102 tại nhiệt ủộ phũng
Đề mục Ký hiệu Điều kiện
làm việc Giỏ trị Tối thiểu Giỏ trị Trung bỡnh Giỏ trị lớn nhất Đơn vị ủo Dũng ngưỡng Ith 80 110 mA Dũng làm việc Iop1 P0=10 mW 120 160 mA Dũng làm việc Iop2 P0=10 mW Tc = 50 0C 145 190 mA Điện ỏp làm việc Vop P0=10 mW 2.1 2.5 V Bước song λ 800 820 840 Nm Vị trớ ∆X, ∆Y, ∆Z ±50 àm ∆φ⊥ Độ chớnh xỏc Gúc ∆φ// P0=10 mW ±3 Độ Tỷ số S/N S/N 60 80 dB
Hỡnh 4.20 mụ tả cỏc ủường ủặc trưng về cường ủộ bức xạ của laser diode này.