Resumen:
En este manuscrito de tesis, se presenta el trabajo de investigación desarrollado en la implementación
de una nueva propuesta aplicada en líquidos de un sistema óptico basado en la
Interferometría Holográfica Digital (IHD) para medir los valores del Índice de Refracción (IR)
en una o más muestras. Se muestra el desarrollo matemático que sustenta la propuesta, así
como el trabajo experimental y los resultados obtenidos en esta investigación. Además se presenta
el trabajo que asocia los valores del IR con las propiedades físicas de concentración y
temperatura en un líquido.
En el sistema óptico implementado, se presenta una nueva propuesta, que consiste en el agregado
de una apertura rectangular para el estudio de líquidos. La apertura agregada permite
modular las altas frecuencias y mejora la separación para el filtrado de las bajas frecuencias
que son asociadas al ruido existente en el frente de onda registrado. Con la obtención y procesamiento
de las altas frecuencias se logra mejorar la sensibilidad y exactitud en los resultados
de la diferencia de fase de los frentes de ondas dispersados por el objeto de fase. Otras de
las ventajas de la nueva propuesta, es que no se requiere del conocimiento de las dimensiones
del contenedor, y su robustez del sistema lo hace funcional con contenedores que tengan una
morfología irregular.
Las investigaciones que se desarrollaron fueron para el estudio de las propiedades físicas de un
líquido en condiciones estáticas y dinámicas. Se presentan dos investigaciones del cálculo del
IR de un líquido en condiciones estáticas. En la primera de ellas se determina una diferencia de
fase que nos ayudará a eliminar la dependencia de las dimensiones del contenedor a utilizar. En
la segunda investigación, se desarrolla una aproximación de la diferencia de fase para el cálculo
del IR de la sustancia puesta bajo estudio. En ambas investigaciones se obtuvieron resultados
más precisos que los obtenidos por sistemas ópticos similares al cálculo del IR que utilizan
la IHD. Con la necesidad de demostrar la capacidad de la primera investigación, se procedió
a desarrollar una tercera investigación que fuera capaz de medir diferencias de concentración
asociadas al IR de muestras líquidas. Como última y cuarta investigación se desarrolla el estudio de la evolución de la temperatura
en el proceso de enfriamiento de agua destilada. Con esta investigación se demuestra el óptimo
funcionamiento del sistema propuesto para el estudio prácticamente en tiempo real del IR en
condiciones dinámicas de una sustancia líquida.
Descripción:
In this thesis manuscript, we developed the implementation of a new proposal applied in liquids
of an optical system based on Interferometry Holographic Digital (IHD). This system is able
to measure the values of Refractive Index (RI) in one or more liquid samples. We show the
mathematical development that supports this research, also we show the experimental work
and the results obtained in this investigation. Furthermore, we show the work that relates the
RI with the physical properties of concentration and temperature in a liquid.
In this optical system, we added, as a new proposal, a rectangular aperture to study the physical
properties of a liquid, The added aperture modulates the high frequencies and improves the
suppression for filtering the low frequencies that are associated with the noise in the recorded
wavefront. The filtering of the high and low frequencies is to improve the sensitivity and
accuracy of the results of the phase difference. Another advantage of the new proposal is that
is not required knowledge of the dimensions of the container and the robustness of the system
makes functional with containers having an irregular morphology.
According with this thesis research, some investigations were developed to study the physical
properties of a liquid in static and dynamic conditions. Two investigations about the RI
calculation of a liquid under static conditions were presented. In the first one, we use a phase
difference that will help us to eliminate the dependence on the dimensions of the used container.
In the second investigation, an approximation of the phase difference for the RI calculation in
a substance was developed. In both studies we obtain more accurate results than other similar
optical systems that use IHD. Also, we develop a third investigation that was able to measure
differences associated with the concentration differences of two liquid samples.
As last and fourth research, we study the evolution of the temperature in the cooling process
of distilled water. With this research the use of the proposed method to meassure the RI under
dynamic conditions of a liquid substance system.