Информационно-измерительная система контроля интенсивности свечения радикалорекомбинационной люминесценции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Орловский государственный технический университет

Информационно-измерительная система контроля интенсивности свечения радикалорекомбинационной люминесценции

Бармин А.В., Макушев И.А.

При изучении механизмов процессов, протекающих на границе твердых тел и активных газов, используют релаксационный метод, заключающийся в регистрации «отклика» поверхности на воздействие модулированного потока газовых частиц тепловых энергий, что позволяет контролировать протекание физико-химических процессов на поверхности вещества в нестационарных условиях.

Энергично протекающие химические реакции сопровождаются, как правило, выделением энергии в форме тепла. Существуют, однако, такие реакции, которые сопровождаются излучением света. Свечение, сопровождающее гетерогенные химические реакции, называется радикалорекомбинационной люминесценцией (РРЛ) [1].

Для определения реакции поверхности образца на воздействие «пакета» газовых радикалов необходимо одновременно измерять интенсивность вспышек высокочастотного емкостного газового разряда I gm и радикалорекомбинационной люминесценции поверхности I m. Интенсивность свечения разряда пропорциональна концентрации газовых радикалов, образующихся в плазме разряда [2]. А интенсивность РРЛ пропорциональна скорости химической реакции рекомбинации радикалов на поверхности кристаллофосфора [3]. Таким образом, измеряя одновременно I gm и I m, можно определить зависимость скорости реакции от концентрации газовых радикалов в «пакете». Для этих целей была разработана информационно-измерительная система (ИИС) контроля интенсивности свечения газового разряда и радикалорекомбинационной люминесценции.

Радикалорекомбинационная люминесценция в большинстве случаев отличается крайне низкой интенсивностью, и требуется особо чувствительная аппаратура, чтобы ее обнаружить и измерить. Интенсивность РРЛ измеряют с помощью чувствительного прибора - фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), электрический сигнал от которого усиливается, а затем обрабатывается и записывается. В настоящее время для обработки и записи сигналов используют персональные компьютеры (ПК). Между компьютером и фотоумножителем включают промежуточный прибор - интерфейс [4], необходимый для преобразования аналогового сигнала ФЭУ в цифровой код.

Синтезом измерительных приборов, стандартных устройств сопряжения и персонального компьютера с гибким программным обеспечением создают так называемый "виртуальный прибор", который становится ядром системы автоматизации измерений физического эксперимента. Виртуальность таких приборов определяется тем, что они являются не промышленными изделиями в виде постоянно существующих объектов, а временными объектами, предназначенными для решения задач конкретного физического эксперимента. Виртуальные приборы, обладая всеми вычислительными возможностями компьютеров, могут выполнять любую операцию для выполнения задачи по сбору и обработке данных, их представлению и хранению. Открытая архитектура компьютеров позволяет использовать все преимущества промышленных стандартов, использовать все существующие контрольно-измерительные вспомогательные средства: стандартные интерфейсы, платы расширения по сбору данных, их программное обеспечение. газовый частица тепловой энергия

При традиционном проведении экспериментальных измерений принято определять значение той или иной физической величины при помощи специального измерительного прибора, который представляет собой конструктивно законченную систему определенного функционального назначения с заранее фиксированными возможностями сопряжения с другими устройствами. Компьютеризация измерительного процесса включает создание программы обслуживания эксперимента, которая, в частности, обеспечивает прием и накопление экспериментальных данных, их обработку и анализ, представление результатов эксперимента в форме, удобной для применения[5]. При составлении программы обслуживания должны быть учтены особенности функциональных возможностей измерительного прибора, способы его сопряжения с ЭВМ и с другими устройствами.

Структурная схема разработанной системы представлена на рисунке 1.

ПИП - первичный измерительный преобразователь; ПТН - преобразователь «ток - напряжение»; АЦП - аналого-цифровой преобразователь.

Рисунок 1 - Структурная схема ИИС контроля интенсивности свечения газового разряда и радикалорекомбинационной люминесценции

С помощью ПЭВМ осуществляется управление всем процессом измерения. Запуск программы производится с клавиатуры. Система работает следующим образом. При поступлении команды «Запуск» специальная программа создает запрос на прерывание. При этом приостанавливается работа всех приложений, кроме тех, которые обслуживают процесс измерений. Поэтому измерения производятся в режиме реального времени. Измерительная информация через линию связи поступает на вход АЦП, где производится преобразование аналогового сигнала ФЭУ в цифровой код. Плата аналого-цифрового преобразователя через ISA - порт подключается к компьютеру. В процессе преобразования идет запись информации в файл с одновременным выводом на монитор. Таким образом, результаты отдельных экспериментов сохраняются в памяти компьютера в виде отдельных файлов, которые в случае необходимости могут быть переписаны на различные носители (компакт-диски) для дальнейшего хранения. Для отображения результатов измерений и их дальнейшей обработки был применен специализированный графический пакет LabWiew. Предусмотрены два режима работы системы: режим измерения и режим воспроизведения информации из файла.

Вид рабочего окна программы в режиме измерений приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Рабочее окно программы в режиме измерений

В режиме измерения ЭВМ под управлением программы производит опрос датчиков, преобразование полученной информации в цифровой код и выводит результаты на монитор в специализированное окно. Для удобства кинетические кривые изображаются разными цветами. Изменяя значения указателей периода опроса датчиков «Period» и количества опросов «Count», можно задавать временной интервал, в течение которого будет проводиться измерение.

Режим воспроизведения кинетических кривых из файла создан для более глубокого анализа ранее полученных данных. На монитор выводится имя воспроизводимого файла и его место расположения в памяти компьютера. В данном режиме можно выбрать, в каких единицах будут выводиться измеряемые величины: микроамперах, вольтах или люменах. Кроме того, ЭВМ автоматически определит максимальные значения измеряемых величин и соответствующие им моменты времени и покажет эти значения на мониторе рядом с соответствующими указателями. Параллельно производится расчет и вывод на табло площади под каждой кинетической кривой. Для ускорения процесса воспроизведения можно выводить не весь файл, а только какую - либо его часть. Для этого необходимо указать начало и конец интересующего временного интервала в окнах рядом с указателями «Begin» и «End». В случае если необходимо провести дополнительный анализ с помощью других программ (например, Excel), то любой файл можно перезаписать в текстовом формате, выбрав соответствующее положение указателя. При этом информация представляется в виде трех рядов числовых данных: времени t, интенсивности высокочастотного емкостного газового разряда I gm и радикалорекомбинационной люминесценции поверхности I m.

Вид рабочего окна программы в режиме воспроизведения приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Рабочее окно программы в режиме воспроизведения

Данная информационно-измерительная система была использована при проведении научных исследований физико-химических процессов в ходе протекании гетерогенной химической реакции, протекающей на поверхности кристаллофосфоров.

Литература

1. Жданов В.П. Элементарные физико-химические процессы на поверхности. - Новосибирск: Наука, 1988. - 279 с.

2. Зайцев В.В. // Оптика и спектроскопия. 1992. Т. 72. № 4. С. 859.

3. Харламов В.Ф. Рекомбинация атомов на поверхности тел и сопутствующие эффекты. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1994. - 207 с.

4. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC. Пер. с англ. / Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992. - 592 с.

5. П. Гелль. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс. Пер. с франц. - 2-е изд. испр. М.: ДМК, 1999. - 144 с

Размещено на Allbest.ru