RO125259A2 - Dispozitiv optoelectronic şi procedeu pentru analiza calitativă a suprafeţelor obiectelor de artă cu tehnica lif - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un dispozitiv optoelectronic şi la un procedeu pentru analiza calitativă a suprafeţelor obiectelor de artă. Dispozitivul conform invenţiei este alcătuit dintr-un laser (L) cu mediu activ solid, care emite în domeniu UV, o lentilă de colimare (LI) poziţionată la ieşirea radiaţiei din laser (L), pentru focalizarea fasciculului, o oglindă (O1) perforată, care permite trecerea radiaţiei laser printr-un orificiu cu care este prevăzută, către o oglindă (O2) de poziţionare, prevăzută cu un ansamblu de rotire (M), care asigură poziţionarea radiaţiei laser pe o suprafaţă de scanat, emisia de fuorescenţă rezultată fiind reflectată de oglinda (O2) de poziţionare şi oglinda (O1) perforată, către o altă oglindă (O3) de redirecţionare, ce transmite radiaţia printr-un filtru optic (F), către un colector optic (L2), de unde este preluată, prin fibră optică (FO), de un detector (SP) constând dintr-un spectrometru sensibil în domeniu vizibil, pus în legătură cu un computer (PC) care mai comunică şi cu un controler (CTRL) pentru comanda ansamblului de rotire (M). Procedeul conform invenţiei constă, într-o primă etapă, în prestabilirea unei arii de scanat şi a unui pas de scanare, atât pe direcţie orizontală, cât şi pe direcţie verticală, urmată, într-o a doua etapă, de iradierea controlată punct cu punct a ariei de investigat şi colectarea semnalului de fluorescenţă emis, şi, într-o a treia etapă, de interpretarea semnalului de fluorescenţă.

Description

Dispozitiv optoelectronic si procedeu pentru analiza calitativa a suprafețelor obiectelor de arta cu tehnica LIF |OFÎCÎUL DE stat

Cerere de brevet de invenție

Descrierea

Invenția se refera la un procedeu si la un dispozitiv pentru analiza calitativa a suprafețelor obiectelor de arta, constând in analiza spectrala a emisiei de fluorescenta, rezultata din relaxarea moleculelor excitate cu ajutorul unei radiatii laser generate de un laser YAG:Nd la lungimea de unda de 266nm.

Sunt cunoscute procedee de caracterizare calitativa prin analize chimice distructive, pentru care se prelevează probe care sunt procesate in laborator, si procedee de depistare a contaminării microbiologice prin prelevare de probe si urmărirea in laboratoare specializate, ambele categorii de procedee necesitând timp.

O tehnica de investigare care folosește laserul pentru inducția fenomenelor de fluorescenta este spectroscopia fluorescentei indusa cu ajutorul laserului (LIF sau LIFS Laser Induced Fluorescence [Spectroscopy]). Spectrele astfel obținute fiind specifice fiecărui material, conduc la caracterizarea compoziției suprafețelor. Spectroscopia fluorescentei indusa cu ajutorul laserului este o tehnica non-distructiva. Emisiile de la suprafața obiectului iradiat cu laser sunt achiziționate si interpretate cu echipament si software specializat.

Problema tehnica pe care o rezolva invenția este realizarea unui dispozitiv de scanare care se bazeaza pe un procedeu de caracterizare si diagnosticare a suprafețelor ce utilizează efectul fluorescentei induse prin iradiere laser controlata. Procedeul consta in analiza punct cu punct a întregii suprafețe. Procedeul este non-contact, non-invaziv,cu înalta rezoluție.

O analiză complexa asupra unei suprafețe se poate face analizand nu doar puncte alese arbitrar, ci o întreagă suprafață. Acest lucru este posibil utilizând un sistem coaxial automatizat care permite sincronizarea proceselor de poziționare si detecție.

Se prezintă in continuare elementele componente ale dispozitivului pentru analiza suprafețelor obiectelor de arta, conform cu fig. 1:

- Sursa de iradiere [L] - laser cu mediu activ solid care operează in Q-Switched pasiv pompat de o dioda care emite la 266 nm cu frecventa maxima de 3KHz, cu o energie de 1,25 pj per puls avand un diametru al fascicolului de 200 ±100 pm;

Λ--2 0 0 8 - 0 0 3 5 7 -1 4 -05- 2008

- Detector [όΡ] - un spectrometru sensibil in domeniul vizibil, cu o eficienta cuantica de pana la 90% care detectează radiație pe o banda intre 200nm si 1100 nm; acesta are posibilitatea de fi triggerat extern cu ajutorul unui sistem electronic (break-out box) [7F7G] care primește o comanda generata in LabVEEW, retransmisa la spectrometru o data cu comanda pentru schimbarea de poziție a motoarelor;

- Lentila de colimare [Z7] - poziționată la ieșirea radiației din capul laser pentru focalizarea fascicolului in vederea măririi rezoluției de scanare;

- Oglinda perforata [07] - prin care se propaga fasciculul laser către oglinda [02];

- Oglinda poziționare [02] - montata pe ansamblul [M];

- Oglinda de redirectionare [03] - transmite radiația de fluorescenta in cadrul dispozitivului către colectorul optic [L2];

- Filtru optic [F] - filtru optic care elimina maximele de difracție de ordin doi si trei si blochează energia de excitație;

- Colector optic [L2]~ sistem convergent cu posibilitate de focalizare in aer liber;

- Ansamblul de rotire al oglinzii [M] - este alcătuit din doua servo-motoare care asigura rotirea cu aceeași precizie pe doua axe perpendiculare. Precizia de rotatie in ambele plane este de 0,0005°.

- Controler [CZKZ]- componenta electronica de comunicare a motoarelor de rotatie cu PC-ul, care se face prin portul serial fiind controlate de o aplicație software (realizata sub platforma LabView)

Modul de funcționare este prezentat in continuare. Sursa de iradiere [Z] emite un fascicul laser care prin lentila de colimare [Z7] focalizat la nivelul suprafeței obiectului analizat, trecând prin orificiul oglinzii perforate [Ol] si redirectionat de oglinda [02] parte ansamblului de baleere [M],

Parte a emisiei de fluorescenta generata in urma iradierii laser punct cu punct a suprafeței este reflectat de oglinzile [02], [Ol], [03], traversează filtrul optic [F], colectorul optic [L2] si proiectata pe suprafața de intrare in fibra optica [FO] cuplata la spectrometrul m

Dispozitivul este funcțional atat in analize de laborator cat si pe teren. Cu alte cuvinte, este un ansamblu solid si in același timp portabil, care nu necesita microclimat controlat si nu produce reziduuri chimice.

Comunicarea PC-ului cu dispozitivele hardware (spectrometru, motoare, etc.) se realizează prin porturile USB, Serial si Paralel prin intermediul unor aplicatii special de dedicate.

^-2 008-00357-1 4 -05- 2008

Software-ul de achiziție al spectrometrului permite triggerarea externa al acestuia (spectrometrului). Tot prin acest software operatorul poate alege doar anumite benzi de lungimi de unda de interes pentru achiziție, lucru care scurtează timpul de lucru si sporește eficienta interpretărilor.

Software care coordonează procesul de repozitionare si detectare, este realizata in LabVIEW. Aceasta oferă posibilitatea setării tuturor parametrilor de scanare (stabilire punct de start, suprafața de scanare, dimensiune pași orizontali si verticali, distanta fata de obiect, timp de așteptare pentru fiecare pas). Motoarele sunt comandate prin portul serial al PC-ului prin intermediul controlerelor [CTRL], Același software asigura generarea impulsului de triggerare, transmis prin portul paralel către box-ul de triggerare.

Triggerarea spectrometrului este necesara sincronizării intre timpul de achiziție si schimbarea de poziție pentru fiecare pas. La fiecare schimbare de poziție a motoarelor - si implicit a spotului laser pe suprafața obiectului de arta - este transmis concomitent un semnal, prin portul paralel, către dispozitivul de triggerare al spectrometrului, eveniment interpretat de software-ul de achiziție ca si moment in care poate începe înregistrarea de date venite de la spectrometru, pe durata de timp setata pentru acumulare.

Timpul de acumulare [T_ac] este timpul in care se realizează iradierea si achiziționarea semnalului pentru un punct de pe suprafața investigata.

Timpul necesar investigării întregii suprafețe de interes va fi un multiplu al timpului unui ciclu. Timpul unui ciclu [7 c] este alcătuit din: timp de triggerare [7]], timp de acumulare [Tac], timp de repozitionare [7_P],

Pentru a sincroniza repozitionarea fasciculului laser cu detectarea radiației fluorescente induse, in cadrul software-ului de scanare timpul pentru triggerare [T_t], însumat cu timpul de achiziționare [T_ac] si timpul de repozitionare al motoarelor [Tp] si sa fie mai mare cel mult egal cu timpul unui ciclu [T_c], conform cu fig. 2.

Datele obținute in urma scanării sunt organizate in fișiere separate, fiecare din ele reprezentând, pe cate o coloana, intesitatile medii ale unei benzi spectrale (sau background), pentru fiecare pas parcurs. Acestea sunt interpretate ulterior cu o alta aplicație.

Claims (2)

1. 2 Ο Ο 8 Ο Ο 3 5 7

   1 4 -05“ 2008

   ÂJ

   Revendicări

   1. Dispozitiv optoelectronic pentru analiza calitativa a suprafețelor obiectelor de arta prin scanare cu tehnica LIF, caracterizat prin aceea ca este alcătuit dintr-un laser cu mediu activ solid YAG:Nd care funcționează pulsat la o frecventa de 3KHz cu e energie de 1,25 pJ per puls si emite la lungimea de unda 266 nm ; doua servo-motoare cu o precizie de rotatie de 0,0005°, care ating o viteza maxima de 80%; filtru optic care elimina maximele de difracție de ordin doi si trei si blochează energia de excitație; colector optic; fibra optica; spectrometru cu banda spectrala intre 200nm1100 nm, eficienta de peste 90%; timp de acumulare intre 8 ms si 10 minute.
2. 2. Procedeu de analiza a suprafețelor, utilizând fluorescenta indusa prin iradiere laser, caracterizat prin aceea ca acesta este constituit dintr-o prima etapa de prestabilire a ariei de scanat, a pasului de scanare atat pe direcție orizontala, cat si verticala; o a doua etapa constând in iradierea controlata punct cu punct a ariei de investigat pe suprafața obiectului si colectarea concomitenta a fluorescentei emise; a treia etapa constând in interpretarea semnalului de florescenta emis de suprafața iradiata.