II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
e) Sensơ hóa học bằng cáp quang
Nguyên lý đơn giản nhất của sensơ hóa học bằng cáp quang là sử dụng hiệu ứng phản xạ giữa vùng truyền tín hiệu quang (trực tiếp là cáp quang hay thanh dẫn ánh sáng và chất khí hoặc chất lỏng cần đo), hoặc sử dụng hiện tƣợng thay đổi hệ số truyền của ánh sáng qua mỗi trƣờng cần đo.
Hình 11 là đầu sensơ đo nồng độ muối trong nƣớc biển, sử dụng hiệu ứng phản xạ ánh sáng phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ muối ở trong nƣớc biển.
Hình 11.Sensơ cáp quang sử dụng hiện tượng thay đồi hệ số phản xạ giữa hai môi trường để đo nhiệt độ và độ mặn nước biển [17]
Cáp quang có cấu cạo: bên trong Cùng là lõi chế tạo từ vật liệu có chiết xuất n, bọc ngoài là vật liệu có chiếc xuất chấp hơn n' (Hình 12).
Hiện tƣợng phản xạ toàn phần đảm bảo cho tín hiệu quang học truyền trong cáp chỉ xảy ra nếu góc tới của lia. sáng đến biên phân cách giữa lõi và lớp bọc nhỏ hơn góc giới hạn iC.
N sin = n cos iC = √
N Hệ số khúc xạ
Nhƣ vậy, nêu thay lớp bọc với hệ số chiết xuất n' < n bằng chất cần đo (dầu, nƣớc, dung dịch...) có chiết xuất phụ thuộc vào nhiệt độ thành phần...) hoặc thay đổi góc tới cùa tia sáng sao cho một phân tia sáng truvền ra ngoài, tín hiệu thu đƣợc ở đầu cuối của cáp quang sẽ suy giảm. Độ suy giảm phụ thuộc vào chiết xuắt của chất đo. Hình 13 là cấu trúc của một đâu đo mức nƣớc, xăng dầu chế tạo theo nguyên lý trên [13].
Mức xăng (dầu, nƣớc)
Hình 13. Sensơ đo mức nước, xăng dầu bằng cáp quang [18]
Sensơ sử dụng hiệu ứng suy giảm tín hiệu truyền ánh sáng qua môi trƣờng do cố cấu trúc dạng "Đầu cuối Đầu vào" cùa hai đoạn cáp quang (End - On). Đơn giản nhất là hai đoạn cáp quang đƣợc gắn chặt trên một đế thủy tinh trên cùng một đƣờng thẳng, Ở khoảng giữa đầu cuối cùa đoạn cáp quang thứ nhất và đầu vào của đoạn cáp quang thứ hai là nơi đạt mẫu đo (Hình 14).
Để làm sensơ nhạy khi hoặc nhạy ion, có thể đặt giữa đầu cuối đầu vào của sensơ vật liệu nhạy khí hoặc ion. Khi vật liệu này hấp thụ khi hoặc ion, vi dụ: H2S, H2, CO, ion Na+ K+,..., hệ số truyền ánh sáng qua 1ớp vật : liệu này sẽ thay đổi và do đó tín hiệu chu đƣợc ở đoạn dây cáp quang "Đầu vào" (ON) sẽ giảm. Đầu thu thƣờng sử dụng là photodiode, nguồn súng là diode phát quang LET, hoặc hơn hết là lade bán dẫn.
Hình 14. Cấu trúc sensơ cáp quang dạng "Đầu cuối - Đầu vào" (End - On)