- •Оптоэлектронные первичные преобразователи на базе световодной техники введение
- •1. Краткий исторический обзор
- •2. Физические основы оптоэлектронных преобразователей
- •2.1. Термины и определения
- •2.2. Поглощение оптического излучения
- •2.3. Принцип действия оптоэлектронных преобразователей
- •2.4. Преобразования входной физической величины в оэп
- •2.5. Параметры оэп
- •3. Элементная база оптоэлектронных приборов и устройств
- •3.1. Световоды
- •3.2. Оптоэлектронные источники излучения
- •3.2.1. Излучающие диоды
- •3.2.2. Лазеры
- •3.2.3. Другие источники свечения.
- •3.3. Оптоэлектронные приемники излучения
- •3.4. Типовые оптоэлектронные приборы
- •4. Виды оптоэлектронных преобразователей
- •4.1. Оптоэлектронные преобразователи с амплитудной модуляцией
- •4.2. Преобразования входной физической величины
- •4.3. Амплитудные преобразователи физических величин на основе нерегулярных световодов
- •4.3.1. Принципы построения амплитудных световодных оэп
- •4.3.2. Нерегулярности в волоконных световодах и конструкции оэп на их основе
- •4.4. Оэп на основе нарушения полного внутреннего отражения
- •4.4.1. Физические основы метода спектроскопии на основе нпво
- •4.4.2. Особенности метода спектроскопии на основе нпво
- •4.4.3. Сравнение метода спектроскопии нпво с классическими методами отражения и поглощения
- •4.4.4. Датчики на основе нарушения полного внутреннего отражения (пво)
- •4.5. Фазовые оэп
- •4.6. Поляризационные оэп
- •5. Использование плоских световодов при построении оэп
- •5.1. Требования к методической базе для исследования многокомпонентных гетерогенных непрозрачных объектов
- •5.2. Аппаратура для исследования многокомпонентных гетерогенных объектов
- •5.2.1. Устройство для получения характеристик образцов без их разрушения
- •5.2.2. Универсальная приставка мнпво
- •5.2.3. Компенсация изменения глубины проникновения светового потока
- •5.3. Особенности неинвазивного количественного анализа сложных объектов
- •5.4. Методы получения и обработки информации
- •5.4.1. Обработка спектральной информации
- •5.4.2. Фазовый способ анализа
- •5.4.3. Поляризационный анализ
- •5.5. Определение дихроизма полос поглощения
- •5.5.1. Особенности использования линейно поляризованного света, при азимуте поляризации 0º или 90º.
- •5.5.2. Особенности использования линейно поляризованного света, при азимуте поляризации отличного от 0º или 90º.
- •5.6. Регистрация циркулярного дихроизма
- •5.7. Регистрация дисперсии оптического вращения
- •5.8. Определение оптических постоянных
- •5.9. Исследование объектов в сложных средах
- •5.9.1. Особенности получения информации из образцов
- •5.9.2. Особенности исследования объектов в присутствии фона
- •5.9.3. Особенности исследования водных сред в ик диапазоне
- •6. Измерение технологических параметров на базе оэп
- •6.1. Измерение влажности текстильных материалов
- •6.1.1. Метод инфракрасной спектрометрии
- •6.1.2. Измерение влажности текстильных материалов, основанное на методе ик-спектрометрии
- •6.1.3. Источники излучения для ик-влагомеров
- •6.1.4. Классификация ик-влагомеров
- •6.1.5. Обобщенная структурная схема ик-влагомеров
- •Функциональная схема двухволнового однолучевого ик-влагомера
- •6.2. Измеритель влажности волокна в кипах.
- •6.3. Ик оэп расхода волокна в пневмопроводах.
- •6.4. Ик оэп длины ленты в накопителе
- •6.5. Ик оэп линейной плотности ленты
- •6.6. Ик оэп обнаружения швов на движущейся ткани.
- •6.7. Ик оэп переноса уточных нитей в тканях.
- •6.8. Измерение и контроль концентрации и уровня красителей и рабочих растворов
- •6.8.1. Особенности производственного контроля концетрации и уровня красителей и рабочих растворов
- •6.8.2. Методы контроля концентрации рабочих растворов
- •6.8.3. Измерительные устройства для лабораторного и производственного контроля концентрации красителей и рабочих растворов
- •6.8.4. Методы контроля уровня жидких сред
- •6.8.5. Оптоэлектронные пуж без сканирования
- •6.8.6. Методика расчета компенсатора
- •6.9. Исследование и разработка волоконно-оптического датчика температуры с ик-световодом.
- •6.9.1.Функциональная схема датчика температуры с поликристаллическим ик-световодом
- •6.9.2. Расчет параметров волоконно-оптической системы датчика
- •6.9.3. Ввод теплового излучения в волокно при использовании линзы
- •6.9.4. Мощность излучения, вводимого в волокно при произвольном диаметре линзы и волокна
- •6.9.5. Прием излучения от ограниченной площадки через линзу
- •6.9.6. Конструкции стенда для исследования одноканального датчика температуры с поликристаллическим ик-световодом и стенда для испытаний
- •6.9.7. Результаты испытаний одноканального датчика с ик-световодом
- •6.10. Автоматический контроль параметров смешивания натуральных и химических волокон.
- •6.10.1. Анализ известных методов и устройств для контроля параметров смешивания натуральных и химических волокон
- •6.10.2. Оэп для контроля параметров смешивания
- •Литература
- •Заключение
5.4.3. Поляризационный анализ
Поляризованный свет широко используется для изучения анизотропии веществ. Взаимодействие поляризованного света с любой анизотропной средой содержит в своих результатах информацию об этой анизотропии. Надо только уметь с наибольшим эффектом извлекать эту информацию. При работе с биологическими объектами возможности здесь практически неисчерпаемы, т.к. все или почти все они имеют высокую упорядоченность, сложную структуру, весьма далекую даже от намека на хаос.
Главными методами исследования анизотропии вещества, основанными на поляризации света, следует считать, с нашей точки зрения, поляризованную люминесценцию, дихроизм, оптическую активность и двойное преломление.
Оптической активностью, или способностью вращать плоскость поляризации обладают только асимметричные среды (способность вещества существовать в двух формах – правой и левой, являющихся зеркальными отражениями друг друга).
В неживой природе асимметричные вещества встречаются только в виде рацематов. Такое состояние наиболее вероятно и характеризуется максимальной энтропией.
В живой природе все важнейшие биологическое вещества присутствуют в виде чистых дисимметричных форм, чистых антиподов. С общей точки зрения можно отметить, что в этом проявляется отклонение энтропии данной системы от максимально возможного значения.
Асимметрический анализ, оптическая активность и ее дисперсия являются ценными методами исследования структуры, свойств биополимеров. Однако нет методов, которые позволили бы исследовать многокомпонентные гетерогенные объекты с помощью дисперсии оптического вращения (ДОВ) и кругового дихроизма (КД). Предлагается воспользоваться методами спектроскопии НПВО для создания аппаратурных и методических возможностей анализа подобных объектов указанными методами. При этом все эти исследования реализуются через эффекты, возникающие при взаимодействии поляризованного излучения с веществом.
Степень взаимодействия света с образцом в спектроскопии НПВО зависит от состояния поляризации света. Как правило, в спектральных приборах световой луч уже частично поляризован, причем степень поляризации зависит от длины волны и может меняться при введении в пучок света образца или иных элементов. В результате состояние поляризации светового потока становится неопределенным. Поскольку аналитические выражения для глубины проникновения излучения в образец для перпендикулярной и параллельной компонент плоскополяризованного света существенно различны, очевидно, что при количественных измерениях целесообразно работать с поляризованным светом.
Поскольку вид спектра НПВО зависит от поляризационной способности спектрального прибора даже при измерении изотропных веществ, для выполнения количественных измерений в условиях внутреннего отражения должны быть известны характер и степень поляризации источника излучения. Из литературы известно, что для случаев слабого поглощения (k ≤ 0,1) однородной среды, эффективные толщины МО и ТП для параллельной и перпендикулярной компонент плоскополяризованного света описываются достаточно простыми выражениями, которые легко использовать для практических расчетов. Для тонкой пленки помимо требования к однородности предполагается, что ее внешняя поверхность параллельна поверхности измерительного элемента.
Помимо этих соображений существуют и другие, которые следует рассмотреть и проанализировать. Из литературы известно, что обнаружен и исследован эффект самопроизвольной плоскостной ориентации асимметричных макромолекул в поверхностном слое пленки вблизи подложки для полипептида поли-бензил-глютамата, который проявляет себя в поляризованных спектрах поглощения для полос амид 1 и амид 2. Поэтому при проведении количественных измерений необходимо выяснить, проявляет ли себя этот эффект при анализе других объектов.
В случае линейной поляризации под углом 45º к плоскости падения свет, испытав полное внутреннее отражение, приобретает разность фаз между компонентами (лежащей в плоскости падения и перпендикулярной к ней). В таком случае измерительный элемент МНПВО может выступать как фазосдвигающая пластинка. Поскольку при многократном отражении света от рабочих поверхностей ИЭ можно ожидать, что сдвиг фаз между компонентами будет принимать различные значения (в том числе и 90º), следовательно, в различных точках рабочей поверхности взаимодействие вещества со светом будет осуществляться при различных углах поляризации, т.е. со светом, поляризованным как по кругу, так и с эллиптически поляризованным. Причем в зависимости от азимута линейно поляризованного света, может возникать как правоциркулярный, так и левоциркулярный поляризованный свет. Таким образом, при указанной линейной поляризации источника излучения есть основания полагать, что при взаимодействии света с интактными клетками, нанесенными на измерительный элемент МНПВО, могут возникать эффекты, учитывать которые необходимо при количественных измерениях.
Необходимо также отметить, что любые эффекты или особенности, которые возникают или проявляют себя при взаимодействии светового потока с контролируемым объектом, несут большую информацию как о самом объекте, так и о его реакции со средой, в которой он находится. Задача заключается в том, чтобы проявить эту информацию.