17184

17184

طراحي و ساخت حسگر گاز هيدروژن مبتني بر فيبرنوري نازك شده

كارشناسي ارشد

فيزيك اتمي مولكولي

بهمن ١٣٩5

دكتر محمد واحدي

فيزيك

امروزه استفاده از گاز هيدروژن در صنايع پتروشيمي و صنايع شيميايي و بسياري از كاربردهاي صنعتي مورد توجه قرار گرفته است. همچنين با توجه به گسترش روزافزون گازهاي گلخانه‏اي در طي سالهاي اخير، گاز هيدروژن به عنوان منبع سوخت سازگار با محيط زيست‏، جايگزين سوختهاي فسيلي شده است علاوه بر اين از گاز هيدروژن به عنوان سوخت برخي موشكها و ماهواره‏برها و شاتلها مورد استفاده قرار مي‏گيرد عليرغم همه خصائص راهبردي و كاربردي گاز هيدروژن، انتشار 4 درصد گاز هيدروژن در محيط آزاد و فراهم شدن02/0 ميلي ژول انرژي فعالسازي از طرق مختلف سبب انفجار مي‏گردد با توجه به بي رنگ و بي‏بو بودن گاز هيدروژن شناسايي اين گاز توسط حواس انسان امكان‏پذير نيست. بنابراين ساخت حسگري كه توانايي شناسايي 4 درصد گاز هيدروژن در محيط را داشته باشد و پيش از بروز انفجار مهيب در محيط نسبت به ورود گاز در محيط هشدار دهد بسيار ضروري است. با نازك كردن فيبرنوري ميزان ميرايي ميدان الكتريكي افزايش مي‏يابد و به تبع آن ميدان ميرا به سادگي با محيط خارجي در ارتباط است. علاوه بر اين مي‏توان مدهاي انتشاري در فيبرنوري را كنترل كرد كه حسگر ساخته شده در اين روش بر مبناي تغيير شدت نور ورودي كار مي‏كند. در اين آزمايش مي‏توان از يك ليزر نيمه‏هادي كه در محدوده طول موج زير قرمز است و يك فتوديود كه در آن محدوده كار مي‏كند تغييرات شدت را مشاهده كرد. به منظور شناسايي گاز هيدروژن در محيط بايد ناحيه نازك شده توسط پالاديوم لايه نشاني شود. لايه پالاديوم نسبت به هيدروژن به صورت گزينشي عمل مي‏كند به عبارتي ديگر تنها گاز هيدروژن را جذب مي‏كند. انتشار گاز هيدروژن در محيط و نفوذ آن در پالاديم سبب تغيير خصوصيات اپتيكي پالاديوم مي‏شود كه اين تغييرات را مي توان در شدت نور خروجي مشاهده كرد. در اين آزمايش از دو فيبرنوري تك مد به قطر 125 و قطر هسته 9 ميكرون مورد آزمايش قرار گرفت كه با استفاده از روش گرما كششي به قطر نازك شده 6/26 و 5/15 ميكرون ساخته شد كه بهترين زمان پاسخ مربوط به حسگر 6/26 ميكروني با زمان پاسخ 13 ثانيه بود. در اين روش توانستيم به كاهش حجم محفظه سرعت پاسخ حسگر را به طور چشمگيري بهبود ببخشيم.

1396/02/04

1/1/1900 12:00:00 AM

In recent year the technology of tapered optical fiber has significant development. Tapered optical fiber has some of advantage such as compatible with different environments, compact an​d high penetration depth an​d sensitivity, small size an​d light weight. Due to high sensitivity an​d other advantage this sensor has candidate for detection of odorless an​d colorless gas which little amount of this gas could be dangerous. Hydrogen is one of this kind of gas. when selective absorbent layer of hydrogen like Pd is coated on tapered optical fiber this layer only absorbs hydrogen gas an​d after the hydrogen is absorbed with Pd optical property of such layer changed an​d according to reduce of density of free electrons an​d Pd swelled an​d phase of Pd changed an​d constant lattice increased an​d absorb constant of Pd reduced an​d intensity of light is increased respected to initial Pd layer. For increased the change of transmission light in Pd layer wavelength of light must be 1550 nm, laser with 1550 is best selection for this experiment. The tapered optical fiber for this experiment is 15.5, 26.6 microns an​d tapered uniform length of fiber is 7.5 an​d 14 mm respectively. The sensitivity of this sensor is related to interaction length an​d diameter fiber an​d wavelength of light. In this dissertation we improved response time of this sensor to 13 second in room temperature.