Sensor de umidade e vácuo baseado na reflexão interna

• Main Author: Domenegueti, José Francisco Miras
• Other Authors: Zilio, Sérgio Carlos
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2014
• Subjects: Medidor de vácuo; Refractometer; Refratômetro; Relative humidity sensor; Sensor de umidade relativa; Vacuum gauge
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-09092014-113655/

No presente trabalho propomos a utilização de uma técnica refratométrica baseada na determinação do ângulo crítico para o desenvolvimento de um sensor de umidade relativa e, no mesmo escopo de aplicação, um medidor de vácuo primário. A técnica proposta tira vantagem da diferença de fase adquirida pelas componentes paralela e perpendicular de um feixe luminoso, linearmente polarizado, passando por reflexão interna, para produzir um laser de HeNe sintonizável, um polarizador, um prisma semicilíndrico de índice de refração conhecido fabricado em vidro tipo flint, um analisador, um mínimo de intensidade, facilmente detectável no perfil refletido correspondendo à posição do ângulo crítico. Desenvolvemos um estudo acerca dos principais aspectos teóricos envolvidos no fenômeno da reflexão total interna, onde realizamos algumas simulações buscando avaliar as variações da posição angular do ângulo crítico a partir de alterações no índice de refração. A montagem básica utilizada nos experimentos consiste de um CCD linear e de um computador, onde as informações coletadas pelo CCD foram tratadas por meio de um programa de aquisição de dados desenvolvido na plataforma LabVIEWTM. O programa empregado permite o acompanhamento das variações do perfil refletido da base do prisma ponto a ponto, ou seja, é possível acompanhar toda a dinâmica de evolução do índice de refração da amostra analisada em tempo real. Para confirmação da efetividade da técnica, realizamos medidas da variação do índice de refração de amostras gasosas em função da umidade relativa e da pressão. O sistema demonstrou sensibilidade suficiente para acompanhar mudanças da ordem de 10-5em unidades do índice de refração. === In the present work we propose the use of a refractometric technique based on the determination of the critical angle for the development of a relative humidity sensor and, in the same application scope, a primary vacuum gauge. The proposed technique takes advantage of the phase difference acquired by the parallel and perpendicular components of a, linearly polarized, light beam undergoing internal reflection, to produce an easily detectable intensity minimum in the reflected profile corresponding to the position of the critical angle. We develop a study about the main theoretical aspects involved in the total internal reflection phenomenon, where we perform some simulations aiming to evaluate the variations of the critical angle angular position from changes on the refractive index. The basic set up used in the experiments consist of a HeNe tunable laser, a polarizer, a semi-cylindrical prism with known refractive index made of flint glass type, a analyzer, a linear CCD and a computer, where the information collected by de CCD were treated by means of a data acquisition program developed on the LabVIEWTM platform. The used program allows the point-by-point monitoring of the changes of the profile reflected from the prism base, in other words, one can monitor all the evolution dynamics of the refractive index of the analyzed sample in real time. To confirm the effectiveness of the technique, we perform measurements of changes of the refractive index of gaseous samples as function of the relative humidity and the pressure. The system has shown enough sensitivity to track changes of the order of 10-5 in units of the index of refraction.