光纤传感器
把这个特殊的问题研究文章|开放获取
Muto Masayuki Morisawa,赠送, ”<年代pan class="adjust-article-svg-size">塑料光纤传感酒的酒精浓度年代pan>”,杂志上的传感器我>, 卷。2012年, 文章的ID709849年, 5 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/709849
塑料光纤传感酒的酒精浓度
文摘
一个简单的光纤传感系统研究了酒的酒精浓度。在这种传感器头,混合聚合物的酚醛树脂和polyvinylidenefluoride (PVDF),比9:1涂层作为一个敏感的包覆层的塑料纤维芯的聚苯乙烯(PS)涂布聚碳酸酯(PC)。使用这种传感器头和一个绿色的LED光源,这是证实,在几种白酒酒精浓度从啤酒到威士忌可以很容易地测量与快速响应时间不到1分钟。
1。介绍
在日常生活中,啤酒供应几个酒(酒精饮料),如啤酒、白兰地、葡萄酒、威士忌,人们都喜欢他们。然而,在啤酒厂,需要多次检查产品酒的酒精浓度,例如,使用蒸馏的方法(1)和气体或液体色谱法(2]。因此,开发一个简单和快速检测系统强烈需要酒的酒精浓度。
从上面的观点,我们研究了酒的酒精浓度的光学测量系统使用一个塑料光纤(POF)因为POF具有许多优势,如成本低、容易处理,免于电气接口(3- - - - - -6]。本文报告它的配置和基本传感特性的酒精浓度酒精饮料。
2。传感器头结构及其传感原理
一种聚合物,如酚醛清漆膨胀时暴露于酒精(气相7)或酒精的解决方案。这种效应产生的折射率变化,电影。图1显示了酚醛树脂的折射率的变化当暴露于乙醇,决定用阿贝折射仪。从这个图我们可以看到,在被暴露在乙醇(EtOH)酚醛清漆薄膜的折射率显著下降<年代vg height="14.725" id="M1" style="vertical-align:-3.13504pt;width:64.0625px;" version="1.1" viewbox="0 0 64.0625 14.725" width="64.0625" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
使用这个属性在酚醛清漆的电影,我们捏造POF-type传感器头。图2显示传感器头结构和操作模型的示意图,没有酒精,分别。在这个POF传感器,销售聚碳酸酯(PC)光纤的折射率<年代vg height="14.7875" id="M2" style="vertical-align:-3.13504pt;width:64.0625px;" version="1.1" viewbox="0 0 64.0625 14.7875" width="64.0625" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
(a) Without alcohol: 2 > 1 (leaky-POF structure)年代trong>
(b) With alcohol: 2 ( ) < 1 (guided-POF structure)年代trong>
在图2(一)传感器头是漏水的POF(例如,<年代vg height="12.375" id="M6" style="vertical-align:-3.13504pt;width:47.237499px;" version="1.1" viewbox="0 0 47.237499 12.375" width="47.237499" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
另一方面,当暴露于酒精、包覆层膨胀,及其折射率开始减少,成为低于纤维芯(例如,<年代vg height="12.375" id="M13" style="vertical-align:-3.13504pt;width:47.237499px;" version="1.1" viewbox="0 0 47.237499 12.375" width="47.237499" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
从(是显而易见的1)和(2),使这个传感器响应在低浓度酒精,包层的折射率之差的核心是需要减少,这样开关从漏波导模式变得容易。因此,我们有混合low-refractive-index polyvinylidenefluoride (PVDF;<年代vg height="14.6" id="M18" style="vertical-align:-3.13504pt;width:64.0625px;" version="1.1" viewbox="0 0 64.0625 14.6" width="64.0625" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
接下来,我们考虑中间PS保护层的作用。基于射线跟踪技术的斯涅尔定律<年代pan class="equation" id="EEq3">
在哪里<年代vg height="11.075" id="M20" style="vertical-align:-3.25793pt;width:13.9875px;" version="1.1" viewbox="0 0 13.9875 11.075" width="13.9875" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
3所示。实验装置
图3给出了实验装置。POF-type传感器头被设置在小室和连接到正常pof在其输入和输出端。绿色LED灯波长约为530纳米是引导通过输入侧POF和透射光强度测量的输出端POF使用光电二极管。输出电信号是美联储数字电压表和计算机进行数据处理。遥感样本,由水和乙醇溶液稀释几种销售白酒。
4所示。实验结果
首先,传感器响应对检查100%的乙醇。其结果如图4。从这个图中,发现透射光强度通过传感器头(输出光强度)显著增加乙醇刚注射,然后达到一个稳定值大约1分钟。此外,这个系统显示良好的重现性。另一方面,当乙醇溶液喷射时,突然出现,然后输出的信号强度开始下降缓慢。这些现象是由于残余酒精液滴传感器头表面。事实上,发送后干燥的空气传感器头用鼓风机,输出强度回到初始值。所以,接下来,输出光强的变化对各种测定乙醇的解决方案。结果如图5。
从这个图,发现输出光强度增加而快速响应时间小于0.5分钟。因此,提出POF传感器操作,快速和良好的乙醇浓度传感器的范围大约20 v / v % 100 v / v %。然而,它没有运作low-ethanol-concentration地区低于10 v / v %。所以,进一步改善需要获得更高的灵敏度。
5。制造Taper-Type POF传感器头
如图2,较低的模式在这个POF-type传感器头主要导致灵敏度。因此,为了提高灵敏度,最好使用一个传感器头小内径。所以我们试图制造taper-type POF腐蚀传感器头的一个解决方案。PC纤维的核心直径0.8毫米和50毫米的长度被沉浸在1蚀刻,恶烷在室温下约1小时,然后PS层和酚醛清漆/ Fe:所以+ PVDF敏感的熔覆层浸涂在它反过来,说明传感器头结构如图所示6。
6。酒的酒精浓度测量
输出光强的变化对不同乙醇浓度测量传感器使用新的taper-type POF的头。其结果如图7。从这个图是明确的,可以测量低浓度的乙醇溶液5 v / v %以下。此外,如果我们把这些数据与使用非锥形传感器获得的结果如图5我们可以观察到,透射光的强度的变化与每个组件的浓度变得如此之大,灵敏度提高了至少三倍。这个结果表明,该传感器可用于检测酒精浓度的几个真正的酒。
此外,在图的结果8表明,该传感器从水中不受到任何影响。光强度随温度的变化如图9。光强度对温度的依赖可忽略不计。这些属性也很适合实际的应用程序。通过这些实验,对乙醇浓度校准曲线可以得到如图10。此外,反应并不依赖于糖和盐或酸和碱的浓度,可能包含在酒精饮料。这是因为酚醛树脂包覆聚合物不表现出膨胀由于这些组件。
所以,接下来,我们试图衡量现实酒中的酒精浓度,如啤酒,“梅花”白兰地、红酒、白葡萄酒,威士忌,在市场上。结果如图11。白葡萄酒的数据没有显示在图11因为它几乎重叠的红酒。从这个图我们可以看到,在真正的白酒酒精浓度可以测量不接受任何颜色的物质和泡沫酒的影响。
使用的值输出光强度约1分钟后,获得的校准曲线在图10本文的主要结果可以很容易地获得如图12。这个数字显示测量酒精浓度符合标签上描述的一个真正的的准确性的酒瓶<年代vg height="12.2375" id="M26" style="vertical-align:-1.09097pt;width:30.362499px;" version="1.1" viewbox="0 0 30.362499 12.2375" width="30.362499" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
7所示。结论
小说和非常简单的POF-type传感器检测酒精浓度的酒,这是基于POF传感器从leaky-type guided-one结构变化,研究了实验。使用这种传感器头小核心直径约0.25毫米,光学检测酒精浓度的真正的酒,例如,从啤酒(5 v / v %)威士忌(40 v / v %)可以很容易地获得快速响应时间小于1分钟。因此,该传感器可用于任何啤酒厂。此外,这里使用的敏感包覆聚合物还对汽相甲醇和解决方案。因此,提出POF-type酒精传感器可用于监测泄漏甲醇在甲醇燃料电池系统。这样我们实验室正在进行的一项研究,其结果将公布在不久的将来。
引用
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