Termokromik malzemeyle fiber optik algılayıcı tasarımı

Abstract

Sıcaklık, moleküllerin hareketinin bir sonucudur. Bir sürecin izlenmesi ve kontrolü, sağlıkta vücut içi ve vücut dışı sıcaklığın ölçülmesi, farklı ortamlarda iklimlendirme gibi pek çok amaç için, yöntemi ne olursa olsun sıcaklık ölçümüne ihtiyaç duyulur. Son zamanlarda, taşınabilir, güvenilir, hızlı tepki veren, duyarlılığı yüksek ve uzaktan algılamaya yatkın algılayıcıların tasarımına olan ilgi giderek artmaktadır. Bu özelliklere sahip fiber optik algılayıcıların, ayrıca, güvenlik, elektriksel izolasyon, elektromanyetik girişimden bağışıklık, RF yayınımı bakımından pasiflik, büyük bant genişliği, ağırlıkça hafiflik ve yüksek hassasiyet gibi avantajları sebebiyle de kullanımı her geçen gün artmaktadır. Bu çalışmada, optik, fiber optik yöntemler kullanılarak geleneksel sıcaklık algılayıcılarına alternatif olan ve optik malzemelerin avantajlarını taşıyan bir fiber optik sıcaklık algılayıcı tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Algılayıcı sistemde; ışık kaynağı olarak bir RGB LED, optik-elektriksel dönüştürücü olarak bir fototransistör ve sıcaklığa bağlı tepkiyi algılamak için plastik fiber optik üzerine kaplanmış termokromik malzeme kullanılmıştır. Algılama sisteminde; RGB LED'den çıkan ışık ışını fiber optik kablo içerisine bağdaştırılır, termokromik malzemeli algılama bölgesinden geçen ışık, malzemedeki renk değişimine bağlı olarak şiddet değişimine uğrar. Işık şiddetindeki bu değişim, fototransistör tarafından elektriksel sinyale dönüştürülür ve Arduino yardımıyla sıcaklık belirlenir. Sıcaklık ölçümlerine düşük sıcaklıktan başlanıp fiber optik kablonun maksimum referans sıcaklığına kadar devam edilmiş, -10C ve 60C arasında kalibrasyon eğrileri elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Sıcaklık Algılama, Plastik Fiber Optik, Termokromik Pigment

Temperature is result of the movement of molecules. For many purposes, such as monitoring and controlling a process, measuring in-body and extra-body temperature in health, and air conditioning in different environments, temperature measurement is required regardless of the method.Recently, there has been a growing interest in the design of portable, reliable, responsive, high-sensitivity sensors that are prone to remote sensing. Fiber optic sensors with these features are also increasing day by day due to their advantages such as safety, electrical isolation, immunity from electromagnetic interference, passivity in terms of RF propagation, large bandwidth, light weight and high sensitivity.In this study, a fiber optic temperature sensor design and production, which is an alternative to conventional temperature sensors using optical, optical fiber methods and which have the advantages of optical materials, have been realized. In the sensor system; an RGB LED and a phototransistor are used as the light source, the optical-electrical converter, respectively. Also, a thermochromic material is coated on a plastic optical fiber to detect the temperature-dependent response. In the detection system; the light beam coming out of the RGB LED is connected into the fiber optic cable, the light passing through the sensing zone with thermochromic material changes intensity depending on the color change in the material. This change in light intensity is converted to electrical signal by the phototransistor and the temperature is determined with the help of Arduino. Temperature measurements were started from low temperature to the maximum reference temperature of the fiber optic cable. Calibration curves between -10 oC and 60 oC were obtained.Keywords: Temperature Sensing, Plastic Optical Fiber, Thermochromic Pigments