高灵敏的聚合物光纤传感器基于周期性的半环V形微槽结构,用于微量液体泄漏检测

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 光学工程是指光学工程.
• 传感器技术 传感器技术

背景情况:

• 微量液体泄漏在各种工业和环境应用中构成重大风险.
• 现有的检测方法往往缺乏用于早期检测所需的灵敏度和实时监控能力.
• 聚合物光纤 (POF) 为传感应用提供了诸如灵活性,低成本和对电磁干扰的免疫等优势.

研究的目的:

• 提出和开发一种新的聚合物光纤 (POF) 传感器,用于高度敏感的微量液体泄漏检测.
• 为了研究一个定期的半环V微结构 (PSVMS) 集成的发光二极管 (LED) 带用于泄漏传感.
• 建立侧合机制的理论模型,并优化传感器参数以提高灵敏度.

主要方法:

• 在微结构POF中开发侧合机制的完整理论模型.
• 基于模拟的PSVMS参数 (槽深,宽度和密度) 的优化,以获得最佳的泄漏检测灵敏度.
• 在POF上制造PSVMS图案,使用CO2激光切除.
• 使用不同体积的液体泄漏,对传感器性能进行实验验证.

主要成果:

• 最佳的PSVMS参数被确定为300微米的槽深,200微米的槽宽,每个单位5个槽.
• 制造的传感器实现了500nL的最小可检测的泄漏体积,比传统传感器提高了近三倍.
• 高灵敏度表明,在500nL泄漏时,功率变化为10%,在1mL泄漏时增加到75%.
• 优秀的重复性,变化系数低于5%.

结论:

• 基于PSVMS的拟议POF传感器提供了一种高度灵敏和可重复的方法,用于微量液体泄漏检测.
• 开发的理论模型为设计和优化类似的微结构光纤传感器提供了基础.
• 这种低成本的传感器在各种应用中为早期准确检测微小液体泄漏提供了有希望的解决方案.