Диссертация (1137137), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В случае определения концентрации наночастицразмерами меньше 100 нм большинство существующих методов измерений, за35исключениеммикроскопии,методадифференциальнойэлектрическойподвижности и динамического рассеивания света перестают работать.Применение оставшихся методов осложняется в связи с необходимостьюподготовки пробы, отсутствием возможности работы в разных средах, высокойсебестоимостью, необходимостью в высококвалифицированном операторе.36ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВОПТИЧЕСКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИКРОРЕЗОНАТОРОВМЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИОптическиедиэлектрическиемикрорезонаторыизготавливаютсясиспользованием нескольких методов: литографии, механического точения итермической обработки [8].
ОДМР, изготовленные различными способами,имеют свои преимущества и подходят для решения различного типа задач.ВозможнареализациярежимовработыОДМРвдиапазонеотультрафиолетового до инфракрасного излучения.Для задачи детектирования наночастиц, где ОДМР представляетодноразовый сменный детектор, в настоящее время подходят микрорезонаторы,изготовленныеметодомизготовленныеметодамитермическоймеханическогообработки,точения,посколькуоченьОДМР,дороги,алитографические ОДМР требуют отлаженной технологии производства. Влитературе подробно описаны способы изготовления ОДМР термическимметодом вручную. Ручная технология обладает неизбежными недостатками:отсутствием воспроизводимости диаметра, отклонением плоскости касательнойэкватора осевой линии ножки, отсутствием воспроизводимости добротности ит.п.ОДМР возможно изготавливать несколькими методами, такими как:нагревом в пламени кислородно-водородной горелки, разрядом электрическойдуги и воздействием мощного СО2 лазера [8]. Метод с использованиемкислородно-водородной горелки имеет преимущества перед другими методамивследствие чистоты пламени, доступности и дешевизны.2.1 Методика изготовления ОДМРПервоначально ОДМР изготавливались при помощи цилиндрическихзаготовок с последующим вытягиванием заготовки, однако затем в качестве37заготовки использовалось оптоволокно, конец которого будет оплавляться впламени кислородно-водородной горелки.
При нагреве с одной стороны сферанаклоняется в сторону, противоположную от пламени, в результате чегонапряженность поля имеет меньшее значение. Площадь локализации полянапрямую влияет на чувствительную область ОДМР, и, как следствие, начувствительность к минимальным концентрациям наночастиц.На рисунке 2 представлен генезис развития изготовления ОМДР. Нарисунке2.аизображенрезонатор,изготовленныйвдвестадииизцилиндрических стержней.
На рисунке 2.б изображен ОДМР, изготовленный изцилиндрическихстержней,сизогнутойножкойдержателя,котораяобеспечивает безопасный подвод к системе связи. На рисунке 2.в представленрезонатор, изготовленный из оптоволокна. Преимуществом таких резонаторовявляется то, что они изготавливаются за одну итерацию, однако такие ОДМРхарактеризуютсяотсутствиемвоспроизводимостидиаметраибольшимотклонением касательной плоскости экватора от осевой линии ножкиоснования.Нарисунке2.гпредставленОДМР,изготовленныйпоавтоматизированной технологии.абвгРисунок 2. Внешний вид ОДМР: а — изготовленного из стержней; б —изготовленного по технологии из стержней с изгибом; в — изготовленного изоптоволокна вручную; г — изготовленного из оптоволокна при помощиавтоматизированной установкиДля решения этой задачи предполагалось обеспечить круговой нагревзаготовки с восьми сторон, с диаметром сопел 0,6 мм.
Подобные сопла38использовались при изготовлении ОДМР вручную. Подобная методикаизготовления ОДМР показала свою несостоятельность по причине оченьсложной юстировки сопел, а также нестабильной работы системы подачи газа.Учитывая полученный опыт, было принято решение изготовить цельноесопло горелки диаметром 10 мм, обеспечивающее нагрев заготовки по кругу.
Ксожалению равномерного горения пламени по кругу добиться не удалось,резонаторы получались схожими с ручной технологией изготовления.Было замечено, что резонаторы можно изготавливать при очень большихпотоках газа. В связи с этим было высказано предположение, что нужноувеличивать не количество сопел, а их диаметр. Например, если расположитьдва сопла диаметром 1,2 мм на расстоянии примерно 5 мм, то образуетсяобласть, где потоки будут пересекаться, т.е. нагрев будет осуществляться с двухсторон.Разработана установка, в которой применялся данный принцип. Схемаустановки представлена на рисунке 3.В начале работы необходимо включить бокс 1CB-10-10, которыйобеспечит чистоту участка изготовления резонаторов. Через 10 минут егоработы необходимо осуществить контроль количества примесей посредствоманализатора размера частиц Handheld 3886 GEO — α и метеоскопа.
В случае,если количество частиц в окружающей среде с размером 0,5 мкм и 1 мкм непревышает 4×105 шт./см3 и 8×104 шт. /см3 соответственно, и условияокружающей среды соответствуют ГОСТ Р 8.395-80, оператор можетприступать к изготовлению резонаторов, в противном случае необходимопроизвестивлажнуюуборкупомещенияиосуществитьрегулировкупараметров окружающей среды в помещении.После этого необходимо выставить напряжение на электролизнойустановке 6, соответствующее скорости потока воздуха 0,6 л/мин и поджечькислородно-водородную смесь (далее — КВС).39Рисунок3.Схематическоеизображениеустановкипоавтоматизированному изготовлению ОДМР: 1— механическая подвижкаMT1B/M, 2 —поворотные уголки KM100, 3 — микрометрическая подача7T173; 4 — сопло пламени гасителя; 5 —компрессор; 6— электролизнаяустановка ЛИГА 02C, 7 — держатель заготовкиДалеепроисходитзачисткасердцевиныоптическоговолокнаотполимерной оболочки при помощи стрипера.
Очищенная часть заготовки,составляющая около 15 мм и ножка порядка 10 мм, устанавливается вдержатель 7. На следующем этапе поверхность заготовки протираетсябезворсовой салфеткой, которая предварительно обильно смачивается особочистым спиртом и в одно движение протирается по направлению от ножки, принеобходимости операция повторяется несколько раз. Далее держатель 7прикручивается к микрометрической подаче 3 и поднимается до попадания водну плоскость с соплами игл (рисунок 4.а).40абвРисунок 4. Внешний вид сопел установки по изготовлению ОДМР: а — вмомент подведения заготовки; б — в момент предварительной очистки; в — вмомент отведения заготовки.Следующим шагом необходимо осуществить точную настройку припомощи движителей 1 и поворотных уголков 2.
Это нужно сделать такимобразом, чтобы добиться образования области, в которой пламя двух сопелпересекаются. Затем волокно поднимается на 100 мкм при помощимикрометрической подачи 3, в этот момент под воздействием высокойтемпературы у волокна происходит дополнительная очистка (рисунок 4.б). Дляобразованиясферическойчастирезонаторазаготовкаподнимаетсянафиксированное значение в микрометрах и после оплавления опускается припомощи подачи 3 (рисунок 4.в), а пламя тушится при помощи компрессора 5Jun-AIR (давление 5 бар).
Стоит особо отметить, что тушение пламени сжатымвоздухом с меньшим давлением может привести к детонации КВС иоплавлению сопел.Послеизготовлениярезонаторустанавливаетсявспециальнуюгерметичную кювету и фиксируется в ней. Время изготовления одногорезонатора составляет около 10 минут.412.2 Описание установкиВыявленные недостатки методики изготовления ОДМР вручную былиучтены при разработке автоматизированной установки.Изначально заготовку будущего резонатора оператор держал в руках,которыеупиралнаспециальныеупоры-подставки.Нагревзаготовкиосуществлялся с одной стороны, в результате сфера наклонялась впротивоположную сторону, так что воспроизводимость изготовления диаметраОДМР была очень низкой.
В обновленной конструкции установки учтены этинедостатки.В основе методики изготовления ОДМР лежит установка, представленнаяна рисунке 5.а.Рисунок 5. Фотография установки по изготовлению ОДМР: а — общийвид установки; б — внешний вид движимой частиДля нагрева заготовки используются два сопла, расположенных такимобразом, что потоки пламени пересекаются, уравновешивая силы, действующиена заготовку с разных сторон. Это позволяет изготавливать резонаторы свысокой повторяемостью и с минимальным углом отклонения плоскостикасательной экватора от осевой линии.42Для точной подстройки сопел используются управляемые от ПЭВМповоротныестолики.Процесснастройкиконтролируетсяспомощьювидеокамеры на экране монитора.Источником КВС является электролизная установка ЛИГА 02C, на пути ксоплам поток газа проходит через водный затвор и редуктор, позволяющийточно регулировать поток газа.
Формирование пламени происходит при помощисопел, представляющих собой медицинские иглы диаметром 1,2 мм иизогнутых по шаблону. При использовании сопел больших диаметров возможнополучить резонаторы больших диаметров, которые могут быть использованыдля создания акселерометров на эффекте Саньяка (рисунок 5.б).Для обеспечения жесткости конструкции установки ее элементырасположены на несущей плите MB3045/M, которая через кронштейнызакрепленанаосновании,изготовленномиздюралюминияД16Т.Микрометрическая подача 7T173 является съемной, что обеспечивает удобствоустановки/изъятия резонатора из держателя. Держатель образца крепится кмикрометрической подаче винтами М6 и представляет цилиндр с цанговымзажимом на конце, в который зажимается патрон, удерживающий при помощирезиновых колец заготовку.Симметричноотносительнозаготовкирасполагаютсядвамикрометрических столика MT1B/M, на подвижные площадки которыхустановлены стаканы PH1 со стойками TR20/M.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
