聚甲基丙烯酸甲酯超细光纤和微球谐振器用于热液传感外文翻译资料

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

聚甲基丙烯酸甲酯超细光纤和微球谐振器用于热液传感

1. 关键词

光纤传感器

Pmma

微纤维球谐振器甲醛传感器

1. 摘要

本实验报道了用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微球谐振器(mblr)作为液体传感器，在不同浓度的甲醛液体中进行测试。 采用浸转法制作直径为320um 的球形球体。 然后用一根9m 的 pmma 超细纤维对 mblr 进行光激发，发现其 q 因子为104。 然后将其作为液位百分比范围为0%-4% 甲醛液体的液体传感器，并与非甲醛超细纤维进行了性能比较。 该传感器的灵敏度为6.94 db m /% ，线性度为90% ，p 值大于105。 该传感器具有良好的重复性和稳定性，传感时间长达60秒。

1. 介绍

光纤传感器由于其在各个领域的广泛应用而引起了人们极大的兴趣，包括从物理、化学或生物传感到各种各样的汽车、生物医学、国防和农业等领域。 光纤传感器具有广泛的多功能性、遥感性、高灵敏度和良好的性能，可以在高电磁场环境中工作[2]。 光纤传感器也非常灵活，允许大量不同的传感器进入同一光纤，同时感应温度、 ph 值、湿度、位移、压力和加速度[3]。

甲醛(ch2o)是一种无色物质，常用于制造建筑材料、家居用品，以及压制木制品，例如刨花板、胶合板和纤维板; 胶水和胶粘剂; 永久压印布料; 纸制品涂料; 以及某些绝缘材料。 甲醛溶解后称为福尔马林，通常用作工业消毒剂，以及殡仪馆和医疗单位的防腐剂。 鉴于检测甲醛的需要十分迫切，已有多项研究报告探测空气和水中的甲醛液体[4,5]。 在空气中的检测主要是基于分光光度法，而水样本通常使用高效液相色谱法[6]。 这两种技术都很敏感，但都很昂贵。 由于甲醛检测技术的实施和广泛的应用，开发一种精确、灵敏的甲醛检测传感方法势在必行。

利用光纤光栅、侧面抛光光纤、光学微纤维等传感器，研究了光纤传感器在福尔马林传感中的各种传感结构，它们各有优缺点[7]。 光学器件发展的一个有希望的途径是与导电聚合物的结合。 导电聚合物具有半导体的电子特性，因此使光学传感器具有聚合物固有的加工和机械优势[3,8]。 聚合物(pmma)就是这样的一种聚合物，它具有几个有趣的特性，如在可见光区域高折射率的低传输损耗，提供了一个极好的光学限制，强大的渐逝场，良好的吸收多种功能掺杂剂，光调制能力，以及低成本的灵活性。 因此，聚甲基丙烯酸甲酯是一种较有前途的聚合物基体，可以与任何掺杂剂共混，从而提高传感器性能的灵敏度。 有几种方法已经被证明可以制造聚合物纤维和纳米线，例如化学合成、纳米光刻、静电纺丝和直接物理拉伸。聚合物超细纤维的直接物理拉伸是简单而廉价的技术，即将聚合物熔融在玻璃片上，利用石英纤维的纤维尖端快速拉伸形成聚甲基丙烯酸甲酯超细纤维[14]。 由此产生的聚合物微纤维具有优异的均匀性和光滑的表面，这些都要求降低光学传感器的损耗[15]。

图1。(a)及(b)。直径9米及腰围5毫米的 pmma 微纤维的制造。

图2. pmma 微球谐振器(mblr)的制作

一类光学元件，即光学微谐振器，也已证明在液体福尔马林传感应用中具有良好的性能[1]。 光学微谐振器(omr)是一种光学元件，它允许光通过微球、微圆盘和微环路等结构中的微长封闭路径进行循环，已成功地用于各种不同的生物或化学传感器[1]。 欧姆斯的一个子类，即回音腔模式(wgm)共振器，沿着光学谐振器的“边缘”在特定的共振(模式)处产生共振，在谐振器外产生较大的渐逝场[16]。 因此，共振模式依赖于共振器和周围介质的折射率，当光经过这个共振器多次时，周围介质的吸收和折射率的任何变化都是放大的，并且在输出端即刻可以测量到。 Wgm 谐振器的多种几何结构已经被研究过，但主要集中在玻璃基材料上。

1. 实验设置

首先在玻璃板上用镊子将35000 mw 有机物分散制得的小颗粒 pmma 粉末加热至150 oc-200 o c，然后用高温火焰加热，直到粉末熔化形成一个表面光滑的粘球，制得聚甲基甲酰亚胺光学微纤维。 球的大小取决于使用 pmma 的体积。 然后，利用火焰喷涂技术将单模光纤(smf-28)制成直径为9m、腰围为5mm 的非绝热光学超细纤维。 然后纤维被分成两半，两端都浸入了 pmma溶液。 硅纤维的两端被从高温的 pmma 溶液中提起，然后在光学微纤维的断端之间形成“桥梁”。 为了生成 pmma 微纤维，两端被拉开，生成直径约为9米、长度约为2厘米的 pmma 微纤维。

然后使用“ dipand-twirl”技术制作了 pmma 微球谐振器。 这项技术是将锥形纤维棒浸入少量熔融的 pmma 中，慢慢旋转并向上拉伸形成一个球状结构。 然后用火炬加热制成微球形谐振器，如图1所示。 有机玻璃微球谐振器(mblr)有一个直径(分贝)320米测量使用光学显微镜如图2。 这种将 pmma 用于微光纤和 mblr 减少了由于折射率差异造成的耦合损耗，有可能提高 bblr 传感器的性能[18]。

这种 pmma 光学微纤维从可调谐激光光源(ando aq4321d)向 pmma 光学微纤维的一端发射波长在1520至1620 nm 之间的光，并通过连接到 pmma 光学微纤维另一端的光功率计(thors145c)收集由此产生的输出功率。 激光波长从1520.10 nm 到1520.30 nm，波长间隔为1 pm，输出功率记录。 产生的透射光谱如图3所示。 插入损耗测量约为50分贝，包括耦合到 pmma 微纤维和 pmma 微波谐振器的损耗。 对于 pmma超细纤维，最大插入损耗约为25db，最小发光损耗约为40db。 然而，由于微纤和谐振腔都是由同一种材料制成的，因菲涅耳反射引起的耦合损耗相对较小，主要损耗来源于 pmma 内部气泡的散射损耗以及电子表面的散射损耗。 根据 q / 的定义，计算了共振波长为1.689105，与硅微瓶和微球谐振器等硅基谐振器的 q 因子相似。

图3 pmma 超细纤维9米直径传输模式

图4 微球谐振器耦合在直径9m 的光纤上的 mblr wgm 传输模式

图5 甲醛浓度测量用 pmma 微球谐振器的实验装置

然后采用如图4所示的装置研究了 pmma mblr 作为甲醛传感器的性能。 将 pmma 材料置于甲醛液体和超细纤维之间。 超细光纤的一端连接到可调谐激光源(tls)或放大受激发射源(ase) ，另一端连接到光功率计(opm)以测量传输功率。 甲醛液体浓度在0% ー4% 之间变化。 测定了聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)在不同浓度下的透射率，并将其波长定为1520.00 nm ー1530.00 nm。 为了减小传感器的随机误差，考察传感器的重复性、线性度和稳定性，进行了3次实验。 通过记录不同浓度下的传输输出，对传感器的稳定性进行了60 s 的实验研究。 整个实验在室温为25度 c 的环境中进行。

1. 结论与讨论

图6显示了在不同甲醛浓度下，放大的受激发射(ase)的输出信号通过有或没有放大器的 pmma 传输。 甲醛浓度越高，传播速度越慢。 表一列出 pmma mblris 的线性、灵敏度、标准差及 p 值。 有机玻璃的灵敏度比无谐振器的灵敏度高，为6.94 db m /% ，而无谐振器的灵敏度为5.76 db m /% 。 结果表明，光纤的标准差分别为9.2484 db 和11.5184 db。 结果表明，裸光纤采集的数据比带有谐振器的数据更加稳定。 有无 pmmamblr 的 p 值分别为2.6010-6和3.8310-5，表明数据采集是成功的。 这种总体上的减少可能是由于谐振器的损耗，随着折射率和表面吸附的变化，谐振器损耗随着甲醛浓度的增加而增加。 然而，当光线在 mblr 周围共振时，每次往返的损失都会累积起来，从而增加了整体损失并提高了灵敏度。 因此可以推测，对于液体甲醛缩聚，pmma mblr 表现出比裸 pmma 微纤维更好的性能。

图6 甲醛浓度变化与不变时，pmma 微纤维的透射功率值

图7 (a) pmma mblr 和(b) pmma 微光纤与波长的波长漂移性能

图8 在60 s 的时间跨度内，分别测定了不同浓度的甲醛对含有 mblr 和无 mblr 的 pmma 传感器(a)的稳定性

表1

mblr 和无 mblr 超细纤维对甲醛浓度活性影响的分析

由于 mblr 具有特定的共振波长，通过记录不同甲醛浓度下的透射光谱可以观察到波长的偏移。 如图7所示，其中用波长在1520.10 nmto 1520.45 nm 之间变化的 tl 对所研究的甲醛结核进行了研究。 峰值接近1520纳米。 采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微纤和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微纤在1520nm-1550nm 波长范围内传输，研究了不同福尔马林浓度下的透镜性能。 在最大深度1520.14 nm 和1520.30 nm 处对 pmma 微纤维进行了研究。

在整个实验过程中，环境温度保持恒定，以排除温度对传感器输出的影响。 结果表明，与光纤相比，光纤传感器具有更高的甲醛液体传感一致性，在一定浓度下，光纤的甲醛液体传感数值可达10db。 通过测量60s 的输出功率，研究了有无微波辐射的 pmma 传感器的稳定性，如图8所示。 很明显，有机玻璃传感器是非常稳定的这段时间间隔的调查甲醛浓度。

1. 结论

本文讨论了在不同浓度的甲醛液体中，有机玻璃微纤维和无有机玻璃微纤维作为液体传感器的性能。 首先，通过浸渍两根光学微纤维并将其分开，制备出直径为9米、长度为2厘米的 pmma 微纤维。 然后采用“倾斜旋转法”制作出直径为 db 320um 的球形球体。 利用9umpmma 光纤对制备的聚甲基丙烯酸甲酯进行非光学激发，波长在1520nm-1530nm 之间。 采用有机玻璃微光纤传感器和无有机玻璃微光纤传感器对浓度在1-4% 之间的甲醛进行传感。 计算了灵敏度、线性度、标准偏差和 p 值，结果表明，采用 mblr 的聚甲基丙烯酸甲酯微纤维具有优良的性能。 实验重复3次，考察两种传感器结构对不同浓度甲醛的准确性和稳定性。 一般来说，两种传感器结构的稳定性是相当的，但是具有 mblr 的传感器具有优越的灵敏度和可重复性，这表明 pmma mblr 是一种很有前途的液体甲醛分子传感器。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[237049]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 三唑嘧啶类磺酰胺的构效关系外文翻译资料
• 智能门控多尺度孔/通道基膜外文翻译资料
• 导电碳质膜:最新的进展和未来的机会外文翻译资料
• 用于捕获CO2的智能光响应吸附剂的研制外文翻译资料
• 基于微流控技术制备中空硅球外文翻译资料
• 基于纳米颗粒析出钙钛矿阳极材料在直接氨固体氧化物燃料电池应用外文翻译资料
• 前端聚合法制备三重非共价相互作用的超强自愈合水凝胶外文翻译资料
• 木质素-糠醛碳低温凝胶催化剂乙酰丙酸酯化反应动力学和热力学分析外文翻译资料
• 磁性超交联聚苯乙烯及其简易合成 磁固相萃取法在磺胺类药物中的应用 从水和牛奶样品中提取外文翻译资料
• 从废物中产生的潜在用途和增值产品 聚苯乙烯在发展中国家:综述外文翻译资料