بخشی از مقاله
چکیده
حسگرهای تار نوری در اندازه گیری پارامترهای فیزیکی متعددی از جمله ضریب شکست به کار می روند. در این مقاله ساخت و نتایج یک حسگر تار نوری که هدف اصلی آن تعیین سطح مایع است ارائه شده است که می توانیم از آن برای تعیین ضریب شکت نیز استفاده نمود . این حسگر بر اساس مدولاسیون شدت عمل می کند این حسگر از یک منبع نور، یک جفت تار نوری، منشور و آشکارساز تشکیل شده است و بر مبنای پدیده بازتاب داخلی کلی ناشی از تغییر ضریب شکست دو محیط طراحی شده است.
مقدمه
ضریب شکست مانند نقطه ذوب، نقطه انجماد و ... یکی ازخواص فیزیکی مواد می باشد . ضریب گذردهی الکتریکی برای هر ماده نسبت نیروی وارده از طرف دو ذره باردار به یکدیگر در
آن محیط به نیروی وارده از طرف آن دو ذره به یکدیگر در خلاء می باشد و آن را با Ɛ نشان می دهیم. از آنجا که ضریب گذردهی برای هر ماده متفاوت است، لذا سرعت نور در هر محیط با محیط دیگر متفاوت است . طبق تعریف نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت نور در یک محیط مادی را ضریب شکست آن ماده می نامیم و با نماد n نمایش می دهیم. ضریب شکست یک مایع تابع
دما، طول موج و غلظت محیط فیزیکی است.
رابطه ضریب شکست و ضریب گذردهی به صورت Ɛ =n2 می باشد. فرکانس نور با تغییر محیط تغییری نمی کند و با توجه با اینکه سرعت نور در محیط های مختلف متفاوت است، بنابراین طبق رابطه & طول موج نیز تابع محیط است و مثل سرعت با غلیظ شدن محیط کم می شود. از ضریب شکست می توان برای شناسایی مواد، یا ارزیابی خلوص آن استفاده کرد . اندازه گیری ضریب شکست و در نتیجه غلظت نمک طعام در حوضچه های پرورش ماهی مورد استفاده قرار می گیردهمچنان. در صنایع غذایی مثلاً در کارخانه قند برای تعیین بریکس محلول قند کاربرد دارد.
از کاربردها و در نتیجه اهمیت ضریب شکست در پزشکی می توان به تعیین میزان اوره و پروتئین خون و نیز میزان نمک موجود در آن اشاره کرد - . - 1 امروزه همه ما با کاربردهای مخابراتی تارهای نوری آشنا هستیم . علاوه بر کاربردهای مخابراتی، تحقیقاتی که بر روی تارها ی نوری انجام گرفت منجر به استفاده از این تارهای نوری در کاربردهای حسگری جهت اندازه گیری کمیت های مختلف فیزیکی شده است - . - 2
اساس کار حسگرهای تار نوری بر مبنای یکی از مدولاسیون های فاز، قطبش، طول موج و یا شدت می باشد - . - 3 حسگرهای تار نوری زیادی صرفاً جهت تعیین ضریب شکست طراحی شده است و تفاوت همه آنها در مبنای کارشان می باشد . به عنوان مثال می توان به نمونه هایی که بر مبنای تشدید پلاسمون - 4 - ، طول موج های جذب شده در مایع - 5 - ،تشدید فوتون - 6 - 1Dو یا بر اساس
تداخل سنج مایکلسون - 7 - ساخته شده است اشاره نمود . استفاده از حسگر تار نوری تعیین سطح ، که یک حسگر مدولاسیون شدت می باشد - - 8، برای تعیین ضریب شکست مزیت های بسیاری دارد .عدم واکنش نور با ماده یکی از مهمترین مزیت های استفاده از تار نوری در تعیین ضریب شکست مایعات می باشد . از دیگر مزیت های آن می توان به اندازه کوچک و مناس ب بودن آن در کاربردهای حسگری راه دور اشاره نمود.
روش تحقیق
نمای ساده ساختار این حسگر در شکل 1 نشان داده شده است . نور لیزر از طریق تار شماره 1 به منشور می تابد و پس از بازتاب داخلی کلی از طریق تار شماره 2 دریافت و به آشکارساز منتقل میشود.
بحث و معادلات ریاضی
به دست می آید، بزرگ تر باشد نور بازتاب داخلی کلی می یابد. در اینجا n0 ضریب شکست شیشه و n ضریب شکست هوا می باشد. پس از ورود منشور به درون مایع ضریب شکست از n بهn1 تغییر مییابد، در نتیجه تغییری درمقدار زاویه بحرانی ایجاد می شود و چون زاویه تابش از زاویه بحرانی کوچک تر می شود نور از شیشه خارج و وارد مایع میشود و شدت نور رسیده به آشکارساز شدیداً افت میکند .
