Жидкие кристаллы представляют собой промежуточное состояние между изотропными жидкостями и твердыми кристаллами, обуславливая особенными физическими свойствами

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Реферат на тему «Характеристика аморфных тел и веществ», 34.09kb.
• Реферат на тему, 238.91kb.
• Представляют собой многоуровневый комплекс отношений между всеми субъектами Мирового, 36.01kb.
• Тема «Кислородные соединения углерода и кремния», 397.55kb.
• Урок сказка по теме: «Оксид углерода (II), Оксид углерода (IV)», 87.15kb.
• Xix век часто называют «веком идеологий»: пользуясь термином, 172.96kb.
• 1. Методы автоматизации учреждений, 344.22kb.
• О. Ю. Традиционалистская и прогрессистская модели национальной идентичности в общественно-политических, 311.57kb.
• Традиционалистская и прогрессистская модели национальной идентичности в общественно-политических, 292.22kb.
• -, 1957.9kb.

Si Si Si Si

Силаксановая группа Силанольная группа

Подложка из двуокиси кремния, отожженного при повышенных температурах (800° - 1000°С), обычно содержит силаксановые группы. При травлении поверхности щелочью эти группы раскрываются и образовы­вают силикатные группы. При последующем добавлении кислоты щелочной металл замещается водородом и образуются силанольные группы. Тогда молекулы жидкого кристалла с полярными концевыми группами ориентируются перпендикулярно поверхности либо за счет Н-связей, либо за счет дипольного взаимодействия. Как только на подложке образуется такой монослой, средняя ориентация передается вглубь жидкого кристалла молекулярными силами и в результате возникает гомеотропная структура

При создании первого монослоя с помощью поверхностно-активных веществ полярная группа этих веществ взаимодействует с поверхностью, а длинная алифатическая цепь - с жидким кристаллом. Среди таких веществ часто используют цетилтриметиламмоний бромид (ЦТАБ), а так­же лецитин и карбоновые кислоты.


Br - N – (CH₃)₃

ЦТАБ

C₁₆H₃₃

ПАВ либо заранее наносят на поверхность стекла, либо добавляют в малых концентрациях (0.1%) к жидкому кристаллу.

При осаждении на определенном месте подложки молекулы поверхно­стно-активного вещества испытывают конкуренцию со стороны других, способных адсорбироваться молекул как примесных веществ, так и самих жидкокристаллических соединений. Некоторые из подобных трудностей можно обойти, если с поверхностью подложки химически связать монослой, например, спирта с длинной цепью (RОН).

Такие соединения реагируют с силанольными группами, т.о. подложка принимает следующий вид:

OR OR


Si Si

Для анильных цепей R от С₁₂ до С₁₆ взаимодействие с молекулами жидкого кристалла оказывается оптимальным, так как часто приводит к ус­тойчивой гомеотропной ориентации.

Предложены также способы гомеотропной ориентации жидкого кристалла с помощью мономолекулярных лэнгмюровских пленок. При этом используются водные растворы, на поверхности которых имеется сплошная мономолекулярная пленка ПАВ (например ЦТАБ). При вы­таскивании стекла наружу из-под поверхности воды монослой переносится на стекло. Огромную роль в этом играет концентрация ПАВ. В зависимости от концентрации ПАВ и скорости вытягивания стекла может быть получена как гомеотропная так и планарная ориентация. Поверхностная концентрация в свою очередь сильно зависит от конкретных экспериментальных условии. При этом очистка стекла представляет собой весьма существенную операцию. Обычно, чтобы удалить несколько последних слоев органических примесей, необходимо использовать сильно окислительную среду.[10] Для получения планарной ориентации полимерную пленку осаждают прямо на подложку. Для этого пригоден поливиниловый спирт [-СH₂-СНОН], который легко осаждается из водного раствора n-ксилилен. Последний получают в результате вакуумного пиролиза ди-n-ксилилена при t = 600-700°С. При последующей конденсации и спонтанной полимеризации образуются продукты в виде линейного полимера на подложке при t < 70°С. В результате образуется неполярный поверхностный слой с ароматическими кольцами параллельными подложке, что обеспечивает оптимальное взаимодействие ароматических колец с соседними слоями молекул жидкого кристалла.

Чаще всего планарную ориентацию получают механическим способом: натиранием подложки в одном направлении мягкой тканью или бумагой. Метод был модифицирован: применялась полировка стекол в одном направлении с помощью алмазной пасты с размером зерна 0.25мкм.

Самые лучшие результаты дает косое напыление металлов или окислов: SiO₂, MgFr, Bi₂O₃, Au и других. Для разных жидких кристаллов при разных условиях напыления (особенно при разных углах осаждения) угол наклона директора изменяется в интервале 0 - 60°. Такой характер ориентации жидкого кристалла обусловлен возникновением поверхностной текстуры, по форме напоминающей пилу. Углы наклона от 50° до 90° можно получить, применяя технику наклонного напыления или используя ПАВ. В этом случае образуется двумерный, направленный углом к поверхности ограничивающих стекол, рельеф слоя и реализуется наклонная ориентация.

Приведем способы получения заданных граничных условий.


Общий способ очистки поверхности стекла.

1. Произвести ультразвуковую очистку в однопроцентном растворе мыла в воде в течение 5 мин.

2. Выдержать в течение одного часа в одномолярном растворе едкого калия КОН при 50 °С.

3. Выдержать в течение одного часа в смеси кислот при 60 °С. Смесь кислот

состоит из одной части концентрированной и азотной кислоты HNO₃, одной части концентрированной серной кислоты Н₂SО₄ и двух частей воды. После каждой процедуры необходимо тщательно промыть поверхность стекла дистиллированной водой.

4. Промыть изопропиловым спиртом.

Способ получения нормальных граничных условий.

Если необходимо, то стеклянную подложку очищают указанным выше способом. Затем необходимо произвести следующие операции.

1. Высушить подложку горячим паром изопропилового спирта.

2. Выдержать в течение 30 минут в додедекан-1-оле при температуре 200 °С.

3. Тщательно обезжирить изопропиловым спиртом в паровом конденсаторе в течение 8 часов. При необходимости к жидкому кристаллу добавляют 0,1% ЦТАБ.

В данной работе гомеотропная ориентация создавалась с помощью поверхностно активного вещества, предварительно нанесенного на поверхность стекла. Процедура нанесения заключалась в медленном вытягивании стеклянных пластин из раствора хромолана с последующей сушкой при температуре порядка 100 °С


2.3. Определение толщины слоя ЖК по В - эффекту.

Вследствие анизотропии диамагнитной и диэлектрической восприимчи­вости свободная энергия ансамбля молекул нематического жидкого кристал­ла во внешнем магнитном или электрическом поле имеет минимум при впол­не определенной ориентации молекулярных осей (директора) относительно поля.

При положительных значениях χ и ε директор стремится устано­виться вдоль поля, при отрицательных - перпендикулярно ему. Если в исход­ном состоянии направления поля и директора нематического жидкого кри­сталла не соответствуют условию минимума свободной энергии, при доста­точно сильном поле, способном преодолеть силы упругости нематического жидкого кристалла, произойдет переориентация директора и установится его новое стационарное распределение. Этот эффект открыт и подробно иссле­дован Фредериксом с сотрудниками. Существуют три основные геометрии наблюдения эффекта Фредерикса, соответствующие S-, В- и Т-деформациям нематического жидкого кристалла. Для определения толщины слоя жидкого кристалла интересен В - эффект. [10]

При высококачественной гомеотропной ориентации НЖК для В-эффекта характерен очень крутой рост оптического пропускания с увеличением напряжения, т. е. порог очень резок. Это обусловлено очень слабым рассеянием света гомеотропно ориентированным слоем и полным отсутствием двулучепреломления в исходном состоянии (поляроиды скрещены). [12]

В - эффект исследовался главным образом на 4-метоксибегоилиден-4-бутиланилин (МББА). Порог и ход фазовой задержки в зависимости от внешнего напря­жения хорошо согласуются с теорией. Из экспериментов с относительно тол­стыми ячейками найден эффективный коэффициент вязкости – γ₁^*, величина которого зависит от поля.

Для тонких ячеек, порядка 2,5—10 мкм, получены линейные зависимости времени нарастания В-эффекта от величины [(U/U₀)² - 1]. Для исследования В-эффекта в тонких (порядка 1—2 мкм) гомеотропно ориентированных сло­ях с положительной диэлектрической анизотропией применялись либо два планарных электрода, либо встречно-штырьевая конструкция. Поле в таких образцах неоднородно, и рассчитать оптические характеристики затрудни­тельно. Однако структуры со встречно-штырьевыми электродами дают воз­можность получать короткие времена переключения. Так получены времена нарастания и спада ориентационного эффекта (комбинация S- и В-эффектов) в микросекундном диапазоне (применялась трехэлектродная структура, а именно, две гребенки встречно-штырьевых электродов и еще один управ­ляющий планарный электрод).




Рис. 2.3.1. В-эффект. Оптическое пропускание монохроматического света (λ = 633 нм) в зависимости от напряжения (смесь МББА с ЭББА, d = 20 мкм, T = 22 °С, частота поля 1000 Гц)

Изменения локальной толщины слоя жидкого кристалла (ЖК) выполнялись на основе исследования В – эффекта в нематическом жидком кристалле (НЖК) МББА, ориентированном сильным электрическим полем (U = 40B, f = 5 кГц). Приложение данного поля вызывало изменение ориентации от гомеотропной к планарной, при этом по изменениям интенсивности света рассчитывалась соответствующая разность фаз Ф_m. При полной переориентации слоя, толщина слоя может быть рассчитана по формуле:



d – толщина слоя ЖК; λ = 0,63 мкм – длина волны, излучаемой лазером; Δn = 0,212 – оптическая анизотропия.


2.4. Технология изготовления жидкокристаллической ячейки.

Известно, что при проведении стандартных электрооптических ис­следований используется, например, жидкокристаллическая ячейка сендвичного типа. Такая ячейка состоит из двух стеклянных пластин, с заключенным между ними слоем жидкого кристалла. Фиксированное расстояние между этими пластинами можно поддерживать с помощью тон­ких листов майлара, полиэтилена или метала, а также с помощью проволочек из вольфрама или нейлоновых нитей. Две

стеклянные пластинки, предвари­тельно обработанные так, чтобы создать необходимое граничное условие, можно затем склеить эпоксидной смолой или спаять, спекая стеклянный по­рошок. Если используются полимерные материалы, то перед заполнением ячейку следует выдержать примерно в течение часа при самой высокой тем­пературе, до которой будет нагреваться образец, поскольку полимерным ма­териалам свойственно необратимое тепловое расширение. Чтобы избежать взаимодействия летучих веществ эпоксидной смолы с поверхностью стекла, желательно использовать вакуумную печь. Благодаря действию капиллярных сил ячейку с узким зазором легко заполнить жидким кристаллом. Заполнять её следует при температуре выше, чем температура перехода нематический жидкий кристалл - изотропная жидкость (Т_NI). Это позволяет избежать упо­рядочения ориентации директора в потоке и, следовательно, изменения гра­ничных условий, что может иметь место, если ячейка заполняется при Т< Т_NI.

Если необходимо исследовать относительно тонкие слои (примерно ме­нее 100 мкм), то толщину незаполненной ячейки можно точно измерить интерферометрическим методом. Свет, отраженный от двух внутренних границ раздела воздуха со стеклом, анализируется монохроматором. Зависимость интенсивности отраженного света от длины волны имеет ряд максимумов и минимумов. При минимуме отношение разности хода лучей к длине волны 2d/λ (где d - расстояние между стеклами) равно целому числу k. Поэтому если первый минимум имеет место при k₀, то следующие максимумы интен­сивности соответствуют длинам волн λt, для которых 2d/λt = k₀ + l. Следова­тельно, величина тангенса угла наклона зависимости λt от l соответствует толщине ячейки.

4. Для образцов большей толщины можно, используя микро­скоп, фокусировать его последовательно на каждую из двух внутренних гра­ниц раздела и измерять толщину ячейки непосредственно по разности пока­заний калиброванного микрометра микроскопа. Обычно толщину слоя нематика, заполняющего ячейку, считают равной расстоянию между стеклами пустой ячейки. При необходимости это можно проверить, заполняя ячейку наполовину или же осторожно вводя в ячейку пузырек воздуха. Таким спо­собом можно измерить толщину в непосредственной близости к слою нематика. [10]
   

2.5 Особенности экспериментальной ячейки.

В экспериментальной ЖКЯ был сформирован прямоугольный капилляр с зазором 57мкм, длинной 9 мм, высотой 19 мм. Чертеж экспериментальной ячейки представлен на рисунке 2.3.1.Особенностью ячейки является наличие прямоугольного капилляра. Жидкокристаллическая ячейка выполнена из стеклянных пластин, а токопроводящих слои реализованы в виде прозрачных электродов, нанесенных на внутренние поверхности, позволяющими подводить к слою ЖК управляющее электрическое на­пряжение частотой f=50 Гц в диапазоне (0¸40 В). Течение Пуазейля в капилляре прямоугольного сечения обеспечивалось за счет подачи на открытые торцы ячейки знакопеременного перепада давления.

Ячейка имеет два заливочных отверстия, которые снабжены расширительными емкостями. Одна расширительная ёмкость предназначена

для подачи давления Р1 , другая - для подачи давления Р2, а также для устранения вытекания ЖК, вызванного разностью давлений ΔР, формирующей осциллирующий поток. Отличительной особенностью является разбиение одной из ограничивающих поверхностей с токопроводящем слоем на три электроизолированных сегмента, расположенных вдоль потока.

Это дает возможность одновременного исследования оптического отклика гомеотропного слоя нематика на знакопеременное течение Пуазейля при различных управляющих напряжениях. Таким образом, результирующее распределение ориентации в слое ЖК, является следствием комбинированного воздействия градиента скорости, управляющего электрического поля, а также ограничивающих слой поверхностей с заданной ориентацией.

Последние два фактора стабилизировали исходную гомеотропную ориентацию, возмущенную сдвиговым течением. Геометрия течения, реализовавшаяся с помощью данной ячейки, показана на рис. 2.3.1.



Рис 2.5.1. Схема жидкокристаллической ячейки




Рис.2.5.2. Векторное распределение в чувствительном капилляре


После изготовления экспериментальной ЖКЯ были проведены измерения толщины сегментов. В исследованиях использовался ЖК 440 ориентированный электрическим полем U=50B, f=1Гц.





, λ=0,65мкн, Δn=0,24

d= 56 мкм

Рис. 2.5.3. Динамическая зависимость пропускания света, при медленном сбросе напряжения для 1-го сегмента.




, λ=0,65мкн, Δn=0,24

d= 57 мкм

Рис. 2.5.4. Динамическая зависимость пропускания света, при медленном сбросе напряжения для 2-го сегмента.




, λ=0,65мкн, Δn=0,24

d= 60 мкм


Рис. 2.5.5. Динамическая зависимость пропускания света, при медленном сбросе напряжения для 3-го сегмента.

Полученные кривые имеют характерные особенности. В частности, наличие осцилляций интенсивности, связанных с релаксацией директора к исходному гомеотропному состоянию. Результаты измерений свидетельствуют, что жидкокристаллическая ячейка однородна по толщине, с точностью ± 3 мкм.


2.6 Выводы по разделу

Жидкие кристаллы, обладающие одновременно свойствами жидкости и кристалла, благодаря очень подвижной структуре изменяют свою ориентацию под влиянием сравнительно слабых внешних воздействий. Это делает их веществами с легко управляемыми свойствами. Большая анизотропия и коллективный отклик молекул на внешнее воздействие открывают широкие возможности для наблюдения самых разнообразных эффектов при комбинированном воздействии на слой ЖК, управляющих напряжений и механических осцилляций.


3. Исследовательский раздел.

3.1. Описание экспериментальной установки

В данной работе, для решения поставленной задачи исследования ориентационных изменений, индуцированных в гомеотропном слое нематика переменным градиентом давления при наличии элек­трического поля, была использована экспериментальная установка, вклю­чающая оптическую и механическую системы, систему подачи управляю­щего напряжения на жидкокристаллическую ячейку (ЖКЯ) и электронную систему регистрации и обработки данных.

Блок-схема экспериментальной установки представлена на рис. 3.3.1.




Рис. 3.1.1. Блок-схема экспериментальной установки.


1 – выпрямитель, 2 – двигатель с редуктором, 3 – система преобразования вращательного движения в поступательное, 4 – поршень с цилиндром, 5,6 – переходники, 7 – капилляр, 8 – сильфон, 9 – датчик давления, 10 – усилитель сигналов датчика, 11 – ЖКЯ, 12 – фокусирующая линза, 13,14 – поляроиды, 15 – лазер, 16 – фотоприемник, 17 – усилитель сигнала с фотоприемника, 18 – АЦП, 19 - ЭВМ, 20 – источник питания, 21 – вольтметр, 22 – делитель напряжения


Установка включает в себя следующие системы:

1. Оптическая система. Предназначена для съема информации и
   должна обеспечивать высокую чувствительность к малым изменениям
   структуры ЖК, вызванным воздействием на нее внешних факторов. Также
   система должна обеспечить возможность крепления и перемещения ячейки, что необходимо для ее юстировки относительно светового луча. При этом следует отметить, что существует необходимость линейного преобразования изменения интенсивности света в электрическое напряжение.
   
2. Механическая система. Предназначена для подачи избыточного
   давления на ЖКЯ, изменяющегося по гармоническому закону, стабильного
   по амплитуде и частоте перепада давления.
   
3. Система электрического питания. Предназначена для создания в
   ячейке с ЖК электрического поля и должна обеспечивать, учитывая особенности структуры ячейки, стабильность подачи электрического поля.
   
4. Электронная система регистрации и обработки данных. Предназначена для осуществления регистрации электрических сигналов, пропорциональных изменениям интенсивности света, и их обработки.
   

Рассмотрим работу каждой из систем установки:

1. Оптическая система. В качестве источника монохроматического света используется лазер МЛ - 02 , который как источник лазерного излучения, может предназначаться для визирования, целеуказания, юстировки оптических систем и для учебного процесса при исследовании оптических явлений.

Характеристика: Мощность излучения: 5-6 мВт, длина волны: 650 нм, габариты: 16х26 мм

Луч от лазера проходит через поляроид 13, предназначенный для ослабления лазерного излучения и задания требуемой ориентации плоскости поляризации (во всех описываемых ниже экспериментах плоскость поляризации составляла угол =45 относительно направления течения ЖК).[2]

Далее луч проходит через диафрагму 13 и ячейку 11, после чего попадает на поляроид - анализатор 14, который находится в скрещенном состоянии (т.е. плоскость пропускания составляет угол 90 с плоскостью поляризации исходного лазерного луча) с поляроидом 13, что является стандартной схемой съема информации с ЖКЯ, позволяющей получить максимальную глубину модуляции оптического сигнала. Далее пучок света попадает на фотоприемник 17, где он преобразуется в электрический сигнал, поступающий в систему регистрации данных.

Оптический сигнал регистрируется с помощью фотодиода 17, апертура которого ограничена отверстием с диаметром D=5 мм. Световой сигнал преобразуется в электрический. Численные значения характеристик фотодиода марки ФД-23К, используемого в работе экспериментальной установки представлены в таблице 3.1.1

Таблица 3.1.1. Рабочие характеристики фотодиода.

Название характеристики	Численное значение
Размеры фоточувствительного элемента, (мм)	1.91.9
Диапазон спектра , (мкм)	0.5-1.12
Рабочее напряжение, (В)	20
Темновой ток, (мкА)	 0.1
Интегральная токовая чувствительность, (мкА/лк)	710-3

Все приборы установлены на оптической скамье. В частности, ячейка закреплена на лабораторном столике, где имеется возможность перемеще­ния ее по нормали относительно оптической оси установки по двум коор­динатам.

Таким образом, при воздействии на ячейку переменного градиента давления или электрического поля, на выходе системы возникает сигнал, амплитуда которого будет прямо пропорциональна изменению интенсивно­сти света, прошедшего через ячейку.

2. Механическая система, предназначенная для создания низкочас­тотного перепада давления (f < 1 Гц), состоит из выпрямителя ВСА-111К 1, двигателя постоянного тока с редуктором 2, системы преобразо­вания вращательного движения в поступательное движение поршня по гармоническому закону 3, поршня с цилиндром 4, переходника 5 и 6, капилляра 7, сильфона – 8, дифференциального датчика давления 9.

Скорость вращения ротора двигателя можно регулировать с помо­щью изменения напряжения (0-80 В), подаваемого с выпрямителя. Изме­нение скорости вращения двигателя приводит к изменению частоты посту­пательного движения, а следовательно, к изменению частоты подаваемого перепада давления Δр.

Схема системы 3 преобразования вращательного движения в посту­пательное движение поршня по гармоническому закону представлена на рис. 3.3.2. Основным узлом работы этого блока является элемент 1. Прямо­угольный вырез в этом элементе сделан исходя из необходимости движе­ния поршня по гармоническому закону. Узел 2 включает в себя диск, по ра­диусам которого просверлены посадочные отверстия 5, служащие для за­крепления подшипника 6. Вращательное движение узла 2, соединенного с редуктором, преобразуется в поступательное движение узла 1. Таким обра­зом, вращение диска 2 с постоянной скоростью и, соответственно, движе­ние пластины 1 и вала 4 происходит по гармоническому закону.



Рис. 3.1.2. Схема системы преобразования вращательного движения в поступательное.

Схема системы преобразования вращательного движения в поступательное: 1 - пластина с прямоугольным вырезом; 2 - диск, соеди­ненный валом с редуктором; 3 - соединение с двигателем постоянного тока и редуктором; 4 - соединение с поршневой системой; 5 - посадочное отвер­стие; 6 — подшипник.

Набор отверстий 5 (рис.3.1.2), расположенных на различном расстоя­нии от центра диска 2, служат для изменения амплитуды давления. Соот­ветственно, широкий диапазон подаваемого на ЖКЯ давления обеспечива­ется с помощью изменения хода поршня (дискретные значения хода поршня 4мм, 9мм, 14мм, 18мм, 24мм, 27мм, 33мм, 38мм, 44мм), а также сменой капил­ляра 7 и изменением промежуточного объема 5.

Поскольку создаваемый перепад давления при прочих равных усло­виях был пропорционален ходу поршня, то значения последнего использо­вались для расчета малых перепадов давления.

Капилляр 7 предназначен для исключения воздействия на результаты

измерений низкочастотных тепловых флуктуации давления и постоянной составляющей, вызванной неточностью установки среднего положения поршня.

При этом амплитуда общего перепада давления, подаваемого на жидкокристалличе­скую ячейку ΔP =2*Δp_m, где Δp_m - значение амплитуды перепада давления, отсчитываемого от середины ячейки.

Система сильфона – 8 предназначена для исследования оптического отклика при высокочастотной генерации перепада давления, воздействующего на чувствительный капилляр.

Дифференциальный датчик давления 9 марки МРХ2010 (фирмы MOTOROLLA) преобразует мгновенный перепад давления в электриче­ский сигнал, который затем поступает в электронную систему регистрации и обработки данных. Датчик предварительно был проградуирован в условиях стационарного состояния системы.

Таблица 3.1.2 Показания манометра и соответствующие им показания дифференциального датчика давления.

№ отверстия	Ход поршня	Жидкостной манометр	Датчик фирмы Motorola
1	44 мм	1560Па	1,334
2	33 мм	1150Па	0,989
3	24 мм	810Па	0,699
4	14 мм	440Па	0,399
5	4 мм	130Па	0,140
6	9мм	250Па	0,241
7	18 мм	590Па	0,536
8	27мм	1020Па	0,89
9	38мм	1420Па	1,238

Этот датчик обладает чувствительностью в 2.5 мВ/кПа. Для изменения чувствительности датчика был сделан предусилитель 10.

Далее был определен коэффициент перевода давления с дифференциального датчика на показания манометра.

Рис. 3.1.3. Зависимость показаний, регистрируемых жидкостным манометром от показаний, регистрируемых дифференциальным датчиком давления.

3. Система электрического питания. В эксперименте использова­лось напряжение частоты f=5 кГц, стабилизирующее гомеотропную ориентацию.[9]

При этом вольтметр 22 марки GDM-8145 регистрирует показания источника пита­ния переменного тока 23. Напряжение подается на сегменты ЖКЯ через делитель 21, соответственно 5/10U, 7/10U, U.


Таблица 3.1.3

Показания вольтметра GDM-8145 и соответствующие им показания, снятые с сегментов жидкокристаллической ячейки.

Показания CDM-8145	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1 (0,5)	0,47	0,96	1,45	1,95	2,47	2,95	3,43	3,93	4,45	4,95
2 (0,7)	0,67	1,35	2,05	2,74	3,47	4,14	4,81	5,51	6,23	6,93
3 (1)	0,97	1,94	2,94	3,93	4,96	5,92	6,90	7,89	8,92	9,91

Показания CDM-8145	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30
1 (0,5)	5,92	6,91	7,9	8,88	9,88	10,88	11,4	12,4	13,4	14,4
2 (0,7)	8,29	9,69	11,06	12,42	13,84	15,21	16,1	17,5	18,8	20,2
3 (1)	11,84	13,85	15,80	17,75	19,77	21,4	23,2	25,1	27,0	29,1

Показания CDM-8145	32	34	36	38	40	42	44	46	48	50
1 (0,5)	15,3	16,3	17,3	18,3	19,2	20,3	21,2	22,2	23,2	24,2
2 (0,7)	21,6	22,9	24,3	25,7	27,1	28,5	29,9	31,2	33,5	42,1
3 (1)	31,0	32,9	34,9	36,8	38,8	40,8	42,7	44,7	46,7	48,7

4. Система регистрации данных. Состоит из блока АЦП 19, на который с предусилителей 18 и 10 подаются сигналы с фотодиода и датчика давле­ния, и блока ЭВМ 20 в котором осуществляется математическая обработка преобразованных данных, полученных в результате проводимых экспери­ментов.

Блок АЦП представляет собой модуль E-154 , предназначенный для создания портативных измерительных систем на базе notebook. Шина USB 1.1 (совместимо с USB 2.0). Программно осуществляется выбор диапазонов измерения, частоты дискретизации. Синхронизация АЦП возможна по внешнему синхросигналу или по уровню входного сигнала. Дополнительно имеются цифровые входы, выходы и 8-ми битный ЦАП. Установленный на модуле мощный 32-разрядный ARM процессор, работающий на тактовой частоте 48 МГц, доступен для программирования пользователю (на языке Си).

Предусилители сигналов, поступающих с фотодиода и дифференци­ального датчика давления на вход АЦП, выполнены по стандартным схемам и необходимы для возможности регистрации соответствующих сигна­лов малой величины.

При исследовании изменения оптического сигнала вызванного внеш­ним дыханием, последнее подавалось на жидкокристаллическую ячейку с использованием капилляра 7 большего диаметра для более эффективного понижения давления. При этом соответственно отключаются механиче­ские части (блоки 1-4, 8).

3.2. Выбор объекта исследования.

Выбор жидкокристаллического материала, подходящего для проведения эксперимента.

При проведении эксперимента использовался жидкокристаллический материал - ЖК-616, разработанный в МНПО НИОПиК, который является нематической смесью с положительной анизотропией диэлектрической проницаемости (), включающей ЖК-489 (цианилфениловый эфир гептилбензойной кислоты) с высоким положительным значением  и ЖК-440 (смесь 2:1 4-бутил-4-метоксиазоксибензол (N4) и 4-бутил-4-гептаноилоксиазоксибензол) с небольшим отрицательным значением . [10]

Выбор исследуемого объекта обоснован следующими соображениями:

- данный материал обладает высокой химической стойкостью, что обеспечивает необходимую стабильность и повторяемость при проведении измерений;

- смесь образует нематическую фазу в широком интервале температур, что делает использование вещества перспективным с точки зрения практических приложений и позволяет пренебречь изменениями матери­альных параметров при вариации температуры в экспериментах;

• основу ЖК-616 составляет N4 - вещество, вязкоупругие свойства которого детально исследованы в независимых экспериментах, что позволяет выполнить необходимый теоретический анализ полученных результа­тов;