Improved Reference Infrared Spectrometer

Thumbnail Image

Files

master_dönsberg_timo_2012.pdf (3.07 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2012

Department

Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos

Major/Subject

Mittaustekniikka

Mcode

S-108

Degree programme

Language

en

Pages

[8] + 90 s.

Series

Abstract

Infrapunasäteily on sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on 750 nn - 1 mm. Se on tärkeä työväline optisessa spektroskopiassa, vaikka onkin ihmissilmälle näkymätöntä. Optisella spektrometrillä tarkoitetaan laitetta, joka mittaa materiaalin emissio-, absorptio- tai fluoresenssispektriä. Tässä työssä uudistettiin Aalto-yliopiston Mittaustekniikan ryhmän referenssi-infrapunaspektrometriä. Laitetta käytetään ilmaisimen vasteen, aineen läpäisyn ja lähteen tehojakauman spektrisiin mittauksiin aallonpituusalueella 750 nm - 16 µm. Mittauslaitteisto automatisoitiin käyttäen LabVIEW-ohjelmistoa. Lisäksi kalibrointi- ja mittausmenetelmiä paranneltiin. Automatisoitu mittauslaitteisto soveltuu monipuolisesti erilaisiin mittausjärjestelyihin ja on aiempaa helpompi käyttää. Mittauksissa käytetään vaihelukittua vahvistinta, joka mahdollistaa hyvin heikkojen signaalien havaitsemisen suuren kohinasignaalin läsnäolosta huolimatta. Mitattavaa signaalia moduloidaan katkomalla valolähdettä referenssitaajuudella. Optisen menetelmän sijaan vaihelukitun vahvistimen lineaarisuusmittauksiin kehitettiin täysin sähköinen menetelmä, joka parantaa ulkoista tarkkuutta vertailumittauksissa. Lisäksi osana työtä suunniteltiin, rakennettiin ja karakterisoitiin esivahvistin valojohtaville ilmaisimille. Tavanomaisesta sovitetusta esivahvistimesta poiketen laitteen keskeiset parametrit ovat säädettäviä, joten sitä voidaan käyttää lukuisien eri ilmaisimien kanssa.

Infrared radiation is electromagnetic radiation with a spectrum ranging from 750 nm to 1 mm in wavelength. It is invisible to the human eye, but has significance in optical spectroscopy. An optical spectrometer is a device that measures the emission, absorption, or fluorescence spectrum of a material. In this work, a reference infrared spectrometer facility at the Metrology Research Institute was upgraded. The spectrometer can be used to measure spectral responsivity of detectors, spectral transmittance of optical materials and spectral power distribution measurements of light sources in the wavelength range of 750 nm to 16 ?m. The measurement setup was improved for full automation using LabVIEW and the previous calibration and automation procedures were refined. Automated facility is versatile for different measurement setups and is easy to operate. Phase sensitive detection is utilized in the measurement setup by using a lock-in amplifier. It enables the detection of very small signals in the presence of overwhelming noise. Optical chopping is used to modulate the measurement signal at a known reference frequency. Typically the linearity of the measurement system is determined optically. Also in this work, a fully electronic method for linearity measurements of lock-in amplifiers was developed and tested. This method improves the accuracy in lock-in comparison measurements. In addition, a preamplifier for photoconductive detectors was constructed and characterized. The amplifier was designed so that it can be used with wide variety of detectors.

Description

Supervisor

Ikonen, Erkki

Thesis advisor

Manoocheri, Farshid

Keywords

infrared, spectrometer, automation, linearity, photoconductive detector, infrapuna, spektrometri, automaatio, lineaarisuus, valojohtava ilmaisin

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201209213135

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC