Оптический сенсор

Как заказчик описал требования к работе:

Нужна курсовая работа по микропроцессорной технике. Есть содержание, дам структуру. Послезавтра уже сдавать план и введение, остальные сроки обговорим в переписке.

Фрагмент выполненной работы:

Введение Область исследований оптических химических сенсоров — это быстро растущая область исследований за последние 30 лет. Оптические сенсоры являются частным случаем химических сенсоров (ХС). Такие сенсоры выгодно отличаются от ХС тем, что нечувствительны к электромагнитным и радиационным полям и способны передавать аналитический сигнал без искажения на большие расстояния. Кроме того, они имеют невысокую стоимость и могут использоваться, когда применение ХС неэффективно. В зависимости от типа оптических сенсоров их действие основано на следующих принципах: • поглощения света (абсорбция); • отражения первичного (падающего) светового потока; • люминесценции; • теплового эффекта. При этом используются зависимости оптических свойств сред (коэффициентов преломления, отражения и др.) от концентраций определяемых веществ. Из оптических ХС перспективны сенсоры на основе волоконной оптики. (работа была выполнена специалистами author24.ru) Такие сенсоры имеют чувствительный слой, роль которого может выполнять поверхность волокна-световода или иммобилизованная на световоде фаза, содержащая подходящий реагент. Волоконно-оптические световоды на основе кварца, германатных, фто- ридных, халькогенидных стекол, кристаллов галогенидов таллия, серебра или цезия и полимерных материалов позволяют работать в ИК, видимом и УФ-диапазонах спектра. Созданы оптические сенсоры для определения pH растворов, ионов К+ и Na+ , С02, 02, глюкозы и других веществ. В волоконно-оптических сенсорах (ВОС) на торце световода закрепляется (иммобилизуется на каком-нибудь носителе по одному из способов, рассмотренному выше) реагентсодержащая фаза (РСФ). При описании таких устройств иногда используют термин «оптрод», являющийся комбинацией слов «оптика» и «электрод». Этим подчеркивается, что ВОС по своему назначению близки к электродам, на основе которых функционируют ЭХС. Однако по природе сигнала и механизму отклика они различны. Характеристика материала световода определяет оптический диапазон и, соответственно, аналитические возможности всего устройства. Если оптическое волокно изготовлено из кварца, то такой оптрод работает в широкой области спектра, включая ультрафиолетовую его часть. Для стекловолокна область длин волн охватывает лишь видимую область спектра. Если оптоволокно изготовлено из полимерного материала, то диапазон длин волн, в котором работает ВОС, находится за пределами > 450 нм. Такие устройства имеют невысокую стоимость. Химически активный материал создается на основе специально подобранных или синтезированных флуоресцентных красителей, иммобилизованных в полимерной матрице. Луч света, распространяясь вдоль оптического волокна, производит своеобразный опрос химического покрытия. При взаимодействии с определяемым веществом полярность окружения красителей меняется и они отвечают на стимул соответствующими изменениями в спектре флуоресценции. Оптические волокна позволяют осуществить передачу оптических сигналов на очень большие расстояния и, следовательно, идеальны для тех случаев, когда объект анализа удален от исследователя. Кроме того, их можно изогнуть (однако угол изгиба не должен быть слишком острым), а поэтому их можно использовать в самых разнообразных оптических светочувствительных устройствах, таких как проточные ячейки для непрерывного мониторинга. ВОС классифицируют на активные и пассивные сенсоры. Пассивные сенсоры состоят из такого материала, который не влияет на оптические свойства волокна. В активных сенсорах, наоборот, волокна модифицируются материалом, который придает им существенную аналитическую чувствительность, например покрывают волокна аналитически-чувствительным индикатором методом плакирования. В этом случае оптические свойства волокна в некотором роде модулированы в присутствии анализируемого вещества. Оптосенсоры могут быть обратимыми и необратимыми. Сенсор обратим, если РСФ не разрушается при ее взаимодействии с определяемым веществом. Если часть реагента потребляется в ходе определения, сенсор работает необратимо. Обратимые ВОС для определения pH среды основаны на поглощении света. Устройство такого сенсора является достаточно простым: два пластиковых волокна вмонтированы в целлюлозную трубочку, содержащую краситель фиолетовый, иммобилизованный с помощью ковалентного связывания на полиакриламидных микрошариках. Кроме этих микрошариков, внутрь трубочки помещены такого же размера шарики из полистирола для лучшего рассеяния света. Через одно волокно свет от вольфрамового источника излучения входит, а через другое — выходит. Интенсивность выходящего потока света измеряется детектором, настроенным на соответствующую область длин волн. Пробка на торце трубочки удерживает РСФ механически и препятствует ее взаимодействию с определяемым компонентом в торцевой части. Подобный оптрод может быть использован и для определения концентрации 02. В этом случае сигнал связан с тушением флуоресценции реагента при взаимодействии с кислородом. Такого типа оптроды могут быть использованы и для определения pH в живом организме. Необратимые оптроды из-за расходования РСФ имеют ограниченный срок службы. Однако его можно продлить заменой РСФ на новую фазу. Стабильный сигнал от этих ВОС может быть получен лишь в условиях стационарного массопереноса определяемого компонента в зону его взаимодействия с РСФ. Любая помеха, нарушающая массоперенос, дает ошибку в показаниях ВОС. Обратимые и необратимые ВОС отличаются друг от друга так же, как потенциометрические ХС от амперометрических. Для последних условия массопереноса в зону реакции с чувствительным слоем определяют стабильность отклика. В необратимом сенсоре (оптроде) на кислород определяемый компонент диффундирует через селективную мембрану с соответствующим размером пор в полость, содержащую иммобилизованный флуоресцирующий краситель . Его свечение гасится в присутствии 02пропорционально парциальному давлению кислорода. Степень гашения фиксируется соответствующим устройством. Если резервуар с РСФ достаточно велик, то потребление реагента незначительно и сенсорное устройство может служить долго. К числу недостатков ВОС-технологии следует отнести определенную сложность приборов данного типа в целом: необходимость в стабилизированном источнике возбуждающего света и др., что увеличивает стоимость устройства, его энергопотребление и массогабаритные характеристики. Необходимо также упомянуть, что значительное число флуоресцентных красителей имеет ограниченное время жизнПосмотреть предложения по расчету стоимости