Fresnel reflection based fiber optic refractive index sensor for liquid concentration dedection

Abstract

Measurement of refractive index which is one of the distinctive properties of materials is commonly used in many fields such as quality control of food industry, biomedical applications, biochemical analysis and measurement of environmental pollution. From the refractive index measurement methods, the one based on fiber optic stands out with their provided advantages. In this study, firstly, a simple, reliable and highly sensitive Fresnel reflection based fiber optic refractometer was setup, then the refractive indexes of various liquids were measured using this setup at different times. When the measurement results are compared with material science data sheet (MSDS) values, the percent error was found to be less than %1. Moreover, the long term stability of ethanol's refractive index was examined and the refractive index variation of salt-water was obtained as a function of the salt concentration.

Her maddeye özgü fiziksel bir özellik olan kırılma indisinin ölçümü başta gıda sektöründe kalite kontrolü olmak üzere, medikal uygulamalarda, biyokimyasal analizlerde ve çevresel kirlilik ölçümlerinde sıklıkla kullanılmaktadır. Sağladığı avantajları sayesinde fiber optik tabanlı kırılma indis sensörleri ön plana çıkmaktadır. Yapılan bu çalışmada basit, güvenilir ve hassasiyeti yüksek bağıl ölçüm yapabilen Fresnel yansıma tabanlı bir fiber optik kırılma indis sensörü geliştirilerek çeşitli sıvıların farklı zaman dilimlerinde kırılma indis değerleri ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar standart ölçüm değerleri ile kıyaslandığında hata yüzdesinin %1’in altında olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada ayrıca, etanolün kırılma indisinin uzun süreli zamana bağlı değişimi ile tuzlu su çözeltisinin konsantrasyonuna bağlı kırılma indis değişimi elde edilmiştir.