Implementación y evaluación de un espectroscopio óptico con guía de ondas

En este proyecto se expondrá el diseño, implementación y desarrollo de un espectroscopio óptico con guía de ondas, conocido como OWLS,”Optical Waveguide Lightmode Spectroscopy” y su posterior evaluación, realizando medidas para los diferentes índices de refracción de diversos fluidos como agua destilada e isopropanol. Para ello, se utilizará una placa Arduino Uno con un microcontrolador ATMega 328P, el cual se programará para el control y la lectura analógica del sensor TSL1402R del fabricante TAOS, de 256 píxeles, junto con una red de difracción que será iluminada con un láser de He-Ne de λ=632.8nm y de una lente cilíndrica para focalizar la luz del láser en dicha red. También se controlará mediante MATLAB el motor DC UE16CC, de 0.001º de resolución para el control del ángulo de rotación de la plataforma donde irán insertados el sensor y la red de difracción, observando que sólo para un determinado ángulo de acoplo tendrá lugar la difracción de la luz del láser en la red y que ésta será recogida como una descarga en los fotodiodos que estén iluminados del sensor dando lugar así al llamado canal de detección. Además, la placa Arduino Uno irá insertada en una PCB que será diseñada, testeada y montada por el autor de este proyecto. Finalmente, se diseñarán dos interfaces gráficas en MATLAB, que permitirán al usuario, tanto la monitorización del motor, del sensor y de la bomba peristáltica P625/900.143 del fabricante INSTECH encargada de inyectar las disoluciones, como también la captura y análisis posterior de las medidas recogidas y guardadas en varios ficheros en un PC. Los resultados obtenidos para el agua destilada fueron con un índice de refracción medio de 1.33, para el isopropanol de 1.38 y para el óxido de silicio, correspondiente a la red de difracción y que actúa como referencia, de 1.58, todos estos valores fueron comparados con los indicados en las tablas bibliográficas disponibles en la web, resultando ser extremadamente iguales. Estos resultados indican que todo el sistema funciona correctamente, tanto la parte de control de sus módulos, como la adquisición de los datos y los resultados finales, durante todos los ensayos realizados, algunos de ellos de hasta 20 minutos ininterrumpidos, mostrando fidelidad, reproducibilidad, repetitividad y estabilidad en todos los resultados obtenidos. This project will present the design, implementation and development of an optical waveguide spectroscope, known as OWLS, ”Optical Waveguide Lightmode Spectroscopy” and its subsequent evaluation, making measurements for the different refractive indices of various fluids such as distilled water and isopropanol. To do this, an Arduino Uno board will be chosen with its ATMega 328P microcontroller, which will be programmed for the control and analog reading of the TSL1402R sensor from the TAOS manufacturer, of 256 pixels, together with a diffraction grating that will be illuminated with a He-Ne laser of λ = 632.8nm and a cylindrical lens to focus the laser light in said network. The UE16CC DC motor will also be controlled by MATLAB, with 0.001º resolution to control the angle of rotation of the platform where the sensor and the diffraction grating will be inserted, observing that only for a certain coupling angle, there will be the diffraction of the laser light in the network and this will be collected as a discharge int the illuminated photodiodes of the sensor, called the detection channel. In addition, the Arduino Uno board will be inserted into a PCB that will be designed, tested and assembled by the author of this project. Finally, two graphical interfaces will be designed in MATLAB, which will allow the user to monitor both the motor, the sensor and the P625 / 900.143 peristaltic pump from the manufacturer INSTECH that will inject the solutions, as well as the capture and subsequent analysis of the collected measurements and saved in various files on a PC. The results obtained for distilled water were with a mean refractive index of 1.33, for isopropanol of 1.38 and for silicon oxide, corresponding to the diffraction grating and acting as a reference, of 1.58, all these values were compared with those indicated in the bibliographic tables available on the web, being extremely equal. These results indicate that the entire system works correctly, both the control part of its modules, as well as the acquisition of the data and the final results, during all the tests, some of them lasting up to 20 uninterrupted minutes, showing fidelity, reproducibility, repeatability and stability in all the results obtained.