Ciągły postęp technologiczny w zakresie fotoniki umożliwia konstruowanie specyficznych czujników wykorzystujących nowe rodzaje źródeł promieniowania optycznego. Połączenie ich zalet z konstrukcjami światłowodowymi sprawia, że są one nieinwazyjne dla otoczenia, małej wielkości a przy tym tanie. Znajdują zastosowanie w kontroli procesów zachodzących w przetwórstwie żywności czy ochronie środowiska. W artykule przedstawiono światłowodowy czujnik pomiaru właściwości cieczy na przykładzie roztworu Rodaminy B. Konstrukcja ta została oparta o kapilarne szklane włókno wyposażone w rdzeń ze szkła fosforanowego domieszkowanego jonami samaru.
Kontrola i monitorowanie zmian zachodzących w procesach przetwórstwa żywności oraz inżynierii środowiska, wymuszają dynamiczny rozwój nowych konstrukcji czujników do pomiaru właściwości cieczy. Jednym ze znanych rozwiązań jest zastosowanie czujników światłowodowych. W tego typu czujnikach, analiza propagacji promieniowania pod wpływem zmian warunków środowiska pozwala na pomiar różnych wielkości fi zycznych, takich jak: współczynnik załamania światła, absorpcja, luminescencja, stężenie roztworów lub gazów, temperatura, poziom pH oraz wiele innych. Szczególne miejsce wśród czujników światłowodowych zajmują struktury wykorzystujące kapilary. Główną ich cechą jest możliwość stałej kontroli płynu przepływającego przez strukturę, co jest w szczególności przydatne do automatycznej kontroli i sterowania procesów. Fizyczne parametry roztworów mogą być określone za pomocą pomiarów zmian współczynnika załamania cieczy oraz zmiany zdolności prowadzenia sygnału w danej strukturze optycznej. Czułość oraz rozdzielczość pomiaru może być znacząco poprawiona dzięki zaawansowanym metodom detekcji, takim jak mikrointerferometria, metodzie modów whispering galery (WGM), bądź przez zastosowanie fotonicznej przerwy zabronionej w światłowodach mikrostrukturalnych. Rozwiązania te wymagają zaawansowanej i kosztownej aparatury pomiarowej oraz laboratoryjnych warunków wykonywania pomiarów. Spektroskopowe metody wykorzystujące włókna kapilarne są atrakcyjną alternatywą, ze względu na niską wrażliwość na zmiany parametrów optycznych komory pomiarowej, stabilny pomiar oraz łatwą kalibrację. Ponadto, charakterystykę pracy czujnika można dostosować przez wykorzystanie luminoforów o określonej barwie. W szczególności używane są tu jony lantanowców, które charakteryzują się wieloma pasmami luminescencyjnymi w swoim spektrum. Pozwala to na wielopunktową analizę widma (zwiększenie czułości sensora) i może być z łatwością realizowane w strukturach
światłowodowych.
| PEŁNA WERSJA ARTYKUŁU DO POBRANIA | ||
| Agata Baranowska |
||
 Studentka na kierunku Elektronika i Telekomunikacja Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej. Jej zainteresowania dotyczą nowych rozwiązań w zakresie fotoniki, a w szczególności światłowodów domieszkowanych pierwiastkami ziem rzadkich. Zaangażowała się w prace badawcze realizowane w zespole Photonics Bialystok. Jej dotychczasowe osiągnięcia prezentowane były na konferencji naukowejXXXVI-th IEEE-SPIE Joint Symposium Wilga w 2015 r. |
||
|
|
||
| STRESZCZENIE: |
| W artykule przedstawiono czujnik światłowodowy wykorzystujący szklane włókno kapilarne, wyposażone w luminescencyjny rdzeń. Na rdzeń światłowodu zaproponowano szkło krzemianowe domieszkowane jonami samaru, zapewniające selektywną absorpcję promieniowania w zakresie 550-720 nm. Konstrukcja czujnika pozwala na pomiar stężenia roztworów, zaprezentowany na przykładzie roztworu Rodaminy B (RhB) w zakresie stężeń 0,01 - 0,15% ww. W wyniku metody sumowania sygnałów z dwóch pasm luminescencji uzyskano czułość pomiaru na poziomie -275•103 %-1. Otrzymane wyniki wskazują, że opracowana konstrukcja optrody może posłużyć jako kompaktowy czujnik luminescencyjny do ciągłego pomiaru właściwości roztworów. |
| SUMMARY Capillary sensor with samarium doped core |
| The paper presents optical fi ber sensor based on an optical fi ber capillary with a luminescent side ribbon. Siliceous core was doped with Sm3+ ions which ensure multi colour luminescence in visible spectrum (550-720 nm). The special fi bre construction allows to measure concentration of Rhodamine B (RhB) solution in rage of 0.01 - 0.15% ww. The sensitivity was obtained by using combination of measurements at 564 nm and 601 nm wavelengths and it reached -275•103 %-1. The use of certain wavelengths at measurement procedure allows to obtain the increase of selectivity and sensitivity of optrode. The results allow to reach the conclusion that the designed optrode has the ability to be used for construction of compact luminescent sensors, measuring selected properties of the solutions. |
| Zapraszamy do składania zamówień na prenumeratę i numery archiwalne |
Newsletter