Pannon Egyetem, Mérnöki Kar 1

Dipoláris folyadékok szerkezetének vizsgálata fényszórással,

méréstechnikai fejlesztések

Károly KolosMechatronikai mérnöki alapszak

Témavezető: Szalai István

2013.12.29.

2

• ε1 dielektromos permittivitású közeg - szilikonolaj

• ε2 dielektromos permittivitású részecskék - SiO2 részecskékε1 < ε2 ≈ 10-20 nm

• Elektromos tér hatása: - dipólus momentumok indukálódnak- láncstruktúrák kialakulása

• Változik az anyag: - viszkozitása- dielektromos permittivitása- optikai tulajdonságai

ER folyadékok

+

-

E[MV/m]

Elektromos térrelElektromos tér nélkül

Eam 3

12

12

2

3

A dolgozat célja Vizsgálandó jelenségek:

• Fényszórás• Polarizációs síkra gyakorolt hatás

Minta megvilágítása lézerfénnyel Polarizátor forgatása a detektor előtt Optikai detektor forgatása a mintatartó körül Léptetőmotoros meghajtás Mérés és adatgyűjtés, számítógépes vezérlés Mérések elvégzése Eredmények kiértékelése

4

Mechanikai szerkezet

12 6

43

7

8

5

1 Lézerfényforrás2 Detektort forgató léptetőmotor

3 Hajtómű4 ER mérőcella5 Optikai detektor6 Polarizátort forgató léptetőmotor7 Polarizátor

8 Detektort forgató mechanika

5

Teljes mérőberendezés

6

Elektronika

7

Központi áramkör

USB-UART átalakító Mikrovezérlő AD konverterFeszültség stabilizátor

Léptetőmotor meghajtóI/O expanderekRelés meghajtó modul

8

Vezérlő szoftver• LabVIEW platform• Magas szintű vezérlés• Adatok kiértékelése• Párhuzamos programstruktúra

Fron

t pan

el

9

Kommunikáció

• Perifériák vezérlése összetett• Adatcsomag alapú kommunikáció alkalmazása

• Adatok fogadása és kiértékelése a mikrokontroller részéről cirkuláris pufferrel történik

• Acknowledgement (nyugtázás)

PCLabVIEW

PCLabVIEW

MérőberendezésMikrokontroller

MérőberendezésMikrokontroller

USB / UART

10130 - 255

0 - 255

Adatcsomag felépítése

Utasítás típusa, periféria megnevezése

Utasítások száma Utasítások, adatok, paraméterek

Záró karakterek

10

MÉRÉSI EREDMÉNYEK

ER folyadék: η=0,34 Pas szilikonolaj, SiO2 (10 - 20 nm átmérő), 0,5 V%

Lézerfény: λ = 670 nm, félvezető lézerfényforrás

11

Fényszórás

-40 ° -30 ° -20 ° -10 ° 0 ° 10 ° 20 ° 30 ° 40 °0

0.3

0.600000000000001

0.900000000000001

1.2

1.5

1.8

0 V/mm 400 V/mm 600 V/mm 1 kV/mm

Pozíció

Rela

tív in

tenz

itás

Polarizátor állása: 45°

A referenciaértéknek az adott anyaggal feltöltött, homogén eloszlású, elektromos térerősség nélküli esethez tartozó intenzitást, illetve az intenzitással arányos feszültséget tekintjük, 0°-os polarizátor állás esetén.

12

Adatsorok összehasonlítása

• Gauss-függvény illesztése• Félértékszélesség és maximális értékek vizsgálata

• A fényáteresztő képesség nő, a fényszórás mértéke csökken

Polarizátor állása

Térerősség [V/mm] FWHM Maximális érték

[mV]10° 0 25,633 9,40410° 300 21,166 11,68810° 1000 18,257 14,37545° 0 10,534 136,89545° 400 10,088 247,39345° 600 9,841 385,01845° 1000 8,899 630,874

13

Dinamika vizsgálata

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 110001

1.5

2

2.5

Idő [s]

Rela

tív in

tenz

itás

tbe = 0,7 s

• Exponenciális karakterisztika• τ ≈ 700 ms

E = 1 kV/mm

14

Hosszú idejű vizsgálatok

-40 ° -30 ° -20 ° -10 ° 0 ° 10 ° 20 ° 30 ° 40 °0

1

2

3

4

5

6

7

8

5 perc után 15 perc után

Pozíció

Rela

tív in

tenz

itás

• További változás mérhető 30-60 perc után is• Ekkor már az ülepedést is figyelembe kell venni

E = 1 kV/mm

15

Összefoglalás• Dipoláros folyadékok optikai vizsgálatára

alkalmas mérőrendszer tervezése és építése• Detektor forgatása a mintatartó körül 0°<Φ<320°

tartományban• Polarizátor forgatása 0°<Φ<360° tartományban• Mechanikai szerkezet építése• Elektronika tervezése és elkészítése• Vezérlő szoftver írása• Egyedi kommunikációs protokoll kidolgozása• Mérések elvégzése• Adatok kvalitatív kiértékelése

16

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET