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

عنوان مقاله [English]

The experimental design of an optimal gas pressure sensor, based on the Fabry-Perot optical fiber with regard to the effect of thickness on sensor sensitivity

نویسندگان [English]

  • Ali Hasanshahi 1
  • Javad Khalilzadeh 2
  • Ali Riahi 3
  • Hamed Moradi 4
1 Master Student, Department of Photonics, Faculty of Basic Sciences, Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Center for Laser Science and Technology and Optics, Imam Hossein University, Tehran, Iran
3 PhD Student, Laser and Optics Science and Technology Center, Imam Hossein University, Tehran, Iran
4 Navy Force of Sepah-Tehran-Iran
چکیده [English]

In this paper, the performance of a high sensitivity, low cost, small size Fabri-Perot based, fiber-optic sensor for measuring the argon gas pressure is reported. A Fabri-Perot sensor probe with an air cavity, a length of 1.25 mm and suitable diaphragms with different thicknesses is considered. The ultimate goal is to achieve a diaphragm that detects and measures gas pressures below 60 millibars. A PVC layer is used as the second Fabri-Perot plate of the sensor,and the sensing experimental arrangement for measuring gas pressure is set up in the laboratory. The effect of gas pressure and also the diaphragm thickness as an important parameter on the sensitivity of the gas pressure sensor is investigated. The diaphragm thicknesses of 42, 56 and 70 μm and cavities with a length of 1.25 mm are investigated at different pressures of argon gas. The results show that the best sensitivity with a value of 0.035 nm / mbar is related to the sensor with a diaphragm thickness of 42 μm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fabry-Perot interferometer
  • Fiber sensor
  • Fabry-Perot sensor
  • Layer thickness
  • Cavity length

Smiley face

مراجع

[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.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 24
شماره پیاپی 24، دوفصلنامه بهار و تابستان
فروردین 1401
صفحه 121-127

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 مرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 02 اسفند 1400
  • تاریخ پذیرش: 01 آذر 1400
  • تاریخ انتشار: 01 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار