طراحی تجربی حسگر بهینه فشار گاز مبتنی بر فیبر نوری فابری‌پرو با در نظرگرفتن اثر ضخامت بر حساسیت حسگر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه فوتونیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

2 دانشیار، مرکز علم و فناوری لیزر و اپتیک، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

3 دانشجوی دکترا، مرکز علم و فناوری لیزر و اپتیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

4 پژوهشگر، سازمان جهاد خودکفایی ، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، عملکرد حسگر فیبر نوری با حساسیت بالا، قیمت پائین و ابعاد کم مبتنی بر فابری­پرو برای اندازه­گیری فشار گاز آرگون گزارش شده است. پروب حسگر فابری‌پرو با کاواک هوا، به طول 1/25 میلی­‌متر و دیافراگم مناسب با ضخامت­های مختلف مدنظر قرار گرفته است. هدف نهایی، دستیابی به دیافراگمی است که به کشف و اندازه­گیری فشارهای گاز کمتر از 60 میلی­بار منجر شود. از ماده پی­وی­سی برای لایه‌نشانی حسگری استفاده شده و چیدمان حسگری اندازه­گیری فشار گاز به­صورت تجربی در آزمایشگاه برپا شد. تأثیر فشار گاز و همچنین ضخامت دیافراگم به­عنوان مؤلفه مهم بر حساسیت حسگری فشار گاز مورد بررسی قرار گرفت. ضخامت­های دیافراگم 42، 56 و70 میکرومتر و کاواک با طول 1/25 میلی­متر در فشارهای مختلف گاز آرگون مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بهترین حساسیت با مقدار 0/035 nm/mbar مربوط به حسگری با ضخامت دیافراگم 42 میکرومتر است.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] K. T. V. Grattan and T. Sun. “Fiber optic sensor technology: an overview,”  Sensors and Actuators A: Physical, vol. 82, pp. 40-61, 2000.
[2]  N. Rasouli,  “Design and Simulation of a Novel Surface Plasmon Based Bio-Nanosensor for Detection of DNA Hybridization,”  Journal of Passive Defence Science and T 11 , pp. 275-278, 2020.
[3]  A. Riahi ‌“Simulation and Fabrication of Tapered Fiber Optics Hydrogen Sensor,” Journal of Applied Electromagnetic, pp. 15-21.( In pPersian)
[4] Ali. Riahi,  “Investigation of the effect of the taper geometry on the sensitivity of tapered-fibre gas sensors,”  Journal of Modern Optics 67.14, pp. 
1259-1266.
[5] L. Thomas, “Optical transduction methods for the photoacoustic and photothermal detection of trace gas,”  PhD diss., Université Grenoble Alpes, 2021.  
[6]  L. Sanderson ,   “Mandrel-based fiber-optic sensors for acoustic detection of partial discharges—A proof of concept,”  IEEE Transactions on Power Delivery 25‌,  pp.2526-2534,2010 
[7]  N. Wang,  “An easily fabricated high performance Fabry-Perot optical fiber humidity sensor filled with graphene quantum dots,”  Sensors 21.3 , 2021.
[8]  M.  Jun,  “A compact fiber-tip micro-cavity sensor for high-pressure measurement,”  IEEE Photonics Technology Letters 23.21, pp. 1561-1563, 2011.
[9]  M. Jun,  “High-sensitivity fiber-tip pressure sensor with graphene diaphragm,”  Optics letters 37.13,   pp. 2493-2495.
[10] Y. Wang, “Compressible fiber optic micro 
Fabry Pérot cavity with ultra-high pressure sensitivity  Optics express 21.12, pp. 14084-14089, 2014
[11] L. Changrui,  “Sub-micron silica diaphragm-based fiber-tip Fabry–Perot interferometer for pressure measurement." Optics letters 39.10, pp. ‌2827-2830, 2014.
[12]  L. Shen,   “Nano silica diaphragm in-fiber cavity for gas pressure measurement,” Scientific reports 7.1, pp. 1-9, 2017.
[13] H. Moradi,  “Fiber optic Fabry–Pérot acoustic sensor using PVC and GO diaphragms,”  pp. 943-951, 2020.
(‌In pPersian)
[14] F. Charles. “Theorie et applications d'une nouvelle methods de spectroscopie intereferentielle,” Ann. Chim. Ser.  vol. 7,  pp. 115-144, 1899.
[15] S. Mallika‌, V. Bhatia, and K. A. Murphy, “Recent advances in the fiber extrinsic Fabry-Perot interferometric strain sensor development,‌” Proceedings of LEOS'94. vol. 2,  1994. 
[16] Y.  Shizhuo,   B.  Ruffin, and T. S.  Francis, eds. Fiber optic sensors. CRC press, 2017.
[17] S. Muzalifah Mohd,   “A new diaphragm material for optical fibre Fabry-Perot pressure sensor,” 2009 Fifth International Conference on mems nano, and Smart Systems. IEEE, 2009. (‌In pPersian)
[18] Z.  Zhe,   “High-sensitivity gas-pressure sensor based on fiber-tip PVC diaphragm Fabry–Pérot interferometer,” Journal of Lightwave Technology pp. 4067-4071, 2017.
دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 24
شماره پیاپی 24، دوفصلنامه بهار و تابستان
فروردین 1401
صفحه 121-127
  • تاریخ دریافت: 19 مرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 02 اسفند 1400
  • تاریخ پذیرش: 01 آذر 1400