Bachelor's Thesis

Design of collection optics for in-situ Laser-Induced Breakdown Spectroscopy analysis

Final Thesis 2.68 MB Appendix 650.74 kB

Author of thesis: Ing. Anna Švábíková

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: doc. Ing. Pavel Pořízka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Novotný, Ph.D.

Abstract:

The subject of this bachleor thesis is an optomechanic design for a remote laser induced breakdown spectrometry (LIBS) apparatus. The aim of the bachleor thesis is a design of focusing and collecting optics due to given parameters. This work presents general theoretical basics of LIBS. However, particular attention is given to the description of LIBS instrumentation. Part of this work is a research on remote LIBS anaylysis, particularly on its instrumentation. In the construction part, several optical designs are presented and thereafter the one with best parameters is chosen. The nal output of this thesis is optimisation of chosen optical desing, followed with a construction design of focusing and collecting optics with enclosed drawing documentation.

Keywords:

LIBS, Remote analysis, optomechanics

Date of defence

19.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Pavel Pořízka, Ph.D.

Ve své závěrečné práci se studentka věnuje opto-mechanické konstrukci modulu pro mobilní sestavu umožňující přímou in-situ analýzu metodou LIBS. Bakalářská práce je vypracována v dostatečném rozsahu, kde vyčerpávající literární rešerše shrnuje současná mobilní LIBS řešení. Jednotlivé dílčí návrhy jsou kriticky zhodnoceny s ohledem na zadané parametry experimentu. Optimalizovaný optický návrh je následně implementován v robustním mechanickém modulu. Výkresová dokumentace je detailní a umožňuje výrobení jednotlivých dílů navrhovaného modulu. Celkově si studentka osvojila práci v, pro ni novém, prostředí Zemax i Inventor. Předložené výsledky jsou solidním základem pro další, již experimentální, práci. Vzhledem k uvedenému hodnotím tuto práci výborně, tedy za A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jan Novotný, Ph.D.

Cílem bakalářské práce byl optický návrh soustavy pro fokusaci laserového svazku a sběr záření plazmatu. Součástí řešení měla být také rešerše tématiky a kritické srovnání několika možných variant řešení s ohledem na kompaktnost, robustnost a citlivost.
Hlavní struktura práce je logická, rozdělená je na Úvod do metody LIBS, Dálkovou analýzu a následuje Konstrukční část. Členění do subkapitol bych vzhledem k jejich obsahům trochu poupravil, místy to na mě působilo zmateně. Obdobně tak větná skladba a způsob řazení některých informací v textu není zdaleka optimální.  Výsledkem je, že se práce na mnoha místech obtížněji čte. Je zřejmé, že autorka má s psaním textů podobného typu málo zkušeností, což je však u bakalářské práce pochopitelné.
Gramatické chyby jsem zaznamenal jen výjimečně, na typografii by se však zapracovat dalo (jednotné styly odstavců, jednotné odsazení, apod.).
Citace jsou v textu použity správně, jejich počet by mohl být větší, avšak to je problém související se samotným obsahem práce.
Největším problémem práce je, shodně pro všechny části, relativně nízká míra zanoření se do dané tématiky. Popis problémů a jejich řešení je často vcelku povrchní. V práci je velké množství laických formulací, nepřesných, či dokonce mylných prohlášení a nepodložených závěrů.
Text ve výsledu působí dojmem, že si autorka ukousla příliš velké sousto a pro řešení dané tématiky by byly vhodné poněkud hlubší teoretické základy, a to jak v oblasti optiky, tak obecně v oblasti metody LIBS a příslušné instrumentace.
Jedná se například o části, věnující se srovnání jednotlivých návrhů a vyhodnocování citlivosti či robustnosti. Zde by bylo vhodné výsledky podepřít větším množství výpočtů či simulací.
Nutno však říci, že i přes zmínění nedostatky, vybrala autorka správně nejvhodnější návrh, mnohé části vyřešila a odůvodnila taktéž správně. Konstrukční návrh je sestaven dobře, včetně možnosti nezbytné justáže a s ohledem na experimentální charakter zařízení mu nemohu nic vytknut. Hlavní cíl bakalářské práce byl tímto splněn.
Celkově bych odvedenou práci a úroveň výstupu v podobě bakalářské práce ohodnotil stupněm C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V konstrukci jste jako krycí sklo použila safír. Proč zrovna tento materiál a jaké jsou vlastnosti jiných v optice používaných materiálů z pohledu spektrální propustnosti?
  2. Kolik cca procent záření 2 mm velkého plazmatu, které projde vstupní pupilou systému se podaří sesbírat do vybraného optického vlákna? Jak by šla tato hodnota zlepšit? (Spot diagramy v bakalářské práci ukazují případ pouze bodového zdroje)
  3. Jaký je rozdíl mezi iCCD a CCD detektorem, jaké jsou výhody pro LIBS?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová