Deveolpment and testing of a chemical sensor of micro-structured optic fiber for meassuring carbon dioxide concentrations

Desarrollo y ensayo de un sensor químico de fibra óptica para la medición de concentraciones de dióxido de carbono

  • María Angélica Acosta Pérez Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña
  • Sir Alexci Suárez Castrillón Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña
  • Albert Miyer Suárez Castrillón Universidad de Pamplona, Ciudad Universitaria, Pamplona
Palabras clave: chemical sensor, dimethylformamide ( DMF ), Fresnel equations, microstructured optical fiber (MOFs), refractive index, transmittance and absorbance, white light. (en_US)
Palabras clave: Dimetilformamida (DMF), ecuación de Fresnel, fibra óptica microestructurada (MOFs), índice de refracción, sensor químico, luz blanca, transmitancia y absorbancia. (es_ES)

Resumen (en_US)

Objectives:  The present study focused on the development of a optic fiber sensor for carbon dioxide (CO2), the measuring of variations of the refractive index of a CO2 medium undergoing controlled changes of temperature and pressure, and comparing this experimental refractive index with a calculated theoretical refractive index.

Materials and methods: For the making of the optical sensor, we used samples of 48 to 56 micrometers inner diameter micro-structured optic fiber with a solid silica covered hollow center; and we selected dimethilformamide as the light conductor fluid. The fiber was filled with pressure; the connectrorization of the fiber was made with the fussion, the high-temperature afhesive, and the mechanical processes. We use a refractometer for measuring the refractive index during the temperature and pressure change processes in the CO2 chamber.

Results: Profiles of the refractive index vs. temperature in cooling and heating cycles were obtained, as well as the punctual measures of the refractive index in five fixed thermodynamic points tested; the calculation for the theoretical refractive index for these points was obtained, and was compared with the experimental ones. The percentage of error of the experimental refractive index was estimated between 0.016% and 0.03%.

Conclussions: We achieved the measuring of transmission of white light through a fluid in different phases, and we registered significant changes in the refractive index in each phase change using the fabricated optic sensor. 

Resumen (es_ES)

Objetivos: Desarrollar un sensor de fibra óptica para la medición de CO2, medir las variaciones del índice de refracción de un medio rico en CO2 a través de cambios de presión y de temperatura controlados, y comparar el comportamiento del índice de refracción experimental con respecto al índice de refracción teórico calculado.

Materiales y métodos: Se utilizó fibra microestructurada con núcleo hueco con recubrimiento sólido de sílice, con diámetros internos de 48 y 56 micrómetros, y se seleccionó dimetilformamida (DMF) como líquido conductor de luz, para la fabricación del sensor. El llenado de la fibra se hizo por presión; se realizaron los procesos de emenda por fusión, emenda por pegante de alta temperatura y emenda mecánica, para la conectorización de la fibra. Durante el proceso de variación de temperatura y presión de la cámara de CO2, el índice de refracción se midió mediante un refractómetro.

Resultados: Se obtuvieron los perfiles de índice de refracción con respecto a la temperatura en los ciclos de enfriamiento y calentamiento, y los registros puntuales de los 5 puntos termodinámicos evaluados; se obtuvo el cálculo del índice para dichos cinco puntos y se calculó el porcentaje de error del índice experimental. El porcentaje de error está dentro del rango de 0,016% a 0,03%.

Conclusiones: Fue posible medir la transmisión de luz blanca a través de un fluido en diferentes fases, y se registro un cambio significativo en el índice de refracción en cada cambio de fase mediante el sensor fabricado.

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Biografía del autor/a

María Angélica Acosta Pérez, Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña

Ingeniera mecánica, magíster en Ingeniería Mecánica. Docente ocasional de la Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña, Norte de Santander.

Sir Alexci Suárez Castrillón, Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña

Ingeniero de sistemas, doctor en Ingenierías. Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña, Norte de Santander. 

Albert Miyer Suárez Castrillón, Universidad de Pamplona, Ciudad Universitaria, Pamplona

Ingeniero mecánico, magíster en Ingeniería Mecánica, doctor en Ingeniería. Docente de la Universidad de Pamplona, Ciudad Universitaria, Pamplona, Norte de Santander.

Referencias

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Cómo citar
Acosta Pérez, M. A., Suárez Castrillón, S. A., & Suárez Castrillón, A. M. (2017). Desarrollo y ensayo de un sensor químico de fibra óptica para la medición de concentraciones de dióxido de carbono. Tecnura, 20(50), 29-42. https://doi.org/10.14483/22487638.11558
Publicado: 2017-02-01
Sección
Investigación