Bachelor's Thesis

Wedgewise correction for laser spectroscopy measurements

Final Thesis 1.54 MB

Author of thesis: Ing. Štěpán Schiffer

Acad. year: 2015/2016

Supervisor: Ing. Jakub Klus, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Novotný, Ph.D.

Abstract:

One of the areas where LIBS is used is the creation of chemical maps of studied samples. Measurements made by this method are significantly influenced by the lens to sample distance. At the wedgewise samples this distance is changing during the measurement which decreases the quality of the chemical maps created. In this bachelor’s thesis a method of wedgewise correction is proposed and experimentally verified.
A part of this thesis is a description of basics of laser spectroscopy and a summary of some variables influencing the LIBS experiment. The main part of the thesis is a proposal of wedgewise correction algorithm. At the end the results of measurement with the use of the proposed method are presented.

Keywords:

LIBS, spectrometry, wedgewise sample, sample geometry

Date of defence

22.06.2016

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B2341-3)

Field of study

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-STI)

Composition of Committee

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

Supervisor’s report
Ing. Jakub Klus, Ph.D.

Cílem práce bylo navrhnout a experimentálně ověřit způsob kompenzace klínovitosti vzorků měřených metodou spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS). Na počátku bylo nutné metodu LIBS nastudovat a seznámit se s faktory, které měření ovlivňují. Tento druh učiva není ve standardním studijním plánu, a tak je popisu metody LIBS věnována značná část práce. Další pozornost je věnována samotné metodě kompenzace a pro tyto účely je použit poměrně pokročilý nástroj lineární optimalizace – rozklad na singulární hodnoty (SVD). Experimentální výsledky jsou přesvědčivé a opodstatňují použití navrhované metody. Ačkoli experimentální část není příliš rozsáhlá, použité metody, implementované v prostředí Matlab, svou robustností vyvažují tento nedostatek. Věcný obsah a celková struktura bakalářské práce jsou logické a systematické. Práce je přehledná a zdařilá i po grafické stránce. Po věcné i formální stránce splňuje předložená práce požadavky kladené na tento druh prací, a proto ji doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

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

Cílem bakalářské práce bylo navrhnout a experimentálně otestovat způsob kompenzace klínovitosti vzorků pro potřeby materiálové analýze metodou spektroskopie laserem buzeného plazmatu.
V úvodu práce autor popisuje základy metody LIBS včetně nezbytné instrumentace. V části 2 se zabývá faktory, které ovlivňují kvalitu výsledků měření z hlediska dosažitelných limitů detekce a opakovatelnosti. Jedním z nich je klínovitost vzorků. V části 3 je navržen vhodný způsob kompenzace klínovitosti nalezením roviny, jejíž odchylky od série předem naměřených bodů jsou minimální. Měření pak probíhá s hodnotami defokusu laseru vyplývajícími z této vytvořené roviny. Část 4 popisuje způsob experimentálního ověření navrženého algoritmu. V části 5 jsou experimenty vyhodnoceny. Část 6 tvoří závěr, kde jsou přehledně shrnuty cíle a výsledky bakalářské práce.
Členění práce je logické a přehledné. Úvodní kapitoly tvoří kvalitní základ pro následný popis samotného řešení tématu bakalářské práce. Chybí mi zde však informace o chemickém mapování, pro niž je kompenzace klínovitosti největším přínosem. Zmínka o ní by vyzdvihla smysluplnost řešené tématiky.
Proti zvolenému postupu řešení nemám výhrad. Výtky mám však k popisu experimentů od části 4.3 a s tím souvisejícím výsledkům v části 5.2. Podle mého názoru je nedostatečně popsáno uspořádání a vyhodnocení experimentu – např. směr klínovitosti vzorku, jaké data byla průměrována, jak a z čeho byla počítána směrodatná odchylka, atd. Některé informace chybí zcela, jiné, ač důležité, jsou popsány jen v poznámce pod čarou. Čitatel se tak v této části snadno ztratí a lecco si musí sám domyslet či předpokládat. Dojem dokreslí poněkud rozporuplné výsledky v části 5.2, z kterých lze vyvodit přínos kompenzace klínovitosti jen s jistou dávkou optimismu.
Testovací měření by měla být provedena ve větším rozsahu – větší rozsah sklonů, volit sklony s jemnějším krokem.  Vyšší počet měření by poskytl více informací o přínosu metody a pomohl lépe objasnit, od jakého sklonu algoritmus prokazatelně funguje.
V kontrastu s těmito výsledky jsou pak grafy v části 5.3, kde jsou vzájemně srovnávány intenzity a směrodatné odchylky pro různé hodnoty souřadnice x. Zde je negativní efekt defokusace laseru velmi dobře patrný jak pro intenzitu signálu, tak pro stabilitu, a přínos kompenzace klínovitosti je zde prokazatelný a neoddiskutovatelný.
V práci jsem nezaznamenal gramatické chyby, z hlediska stylistiky nemám výtek, práce se velmi dobře čte. Práce s literaturou je v pořádku. Cizí zdroje a převzaté obrázky jsou správně citovány. Seznam použitých zdrojů je z hlediska obsahu dostatečný a jeho formátování je až na pár drobných chyb v pořádku.
I přes zmíněné nedostatky, týkající se zejména rozsahu měření a způsobu jeho písemné prezentace, byly hlavní cíle práce úspěšně splněny. Navržený algoritmus funguje a je bezesporu přínosem pro chemické mapování metodou LIBS.
Celkově práci hodnotím klasifikačním stupněm: B – velmi dobře
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jaké výhody poskytuje navržený postup oproti stávající funkci automatické fokusace laserového pulzu?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová