Artificial olfaction with hollow core bragg fiber arrays
İçi boş bragg fiber dizileri ile yapay koklama
- Tez No: 374383
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET BAYINDIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Bu çalışmada, kimyasal olarak karmaışk ortamlarda alkolleri (etanol ve methanol) analiz edebilen bir optoelektronik burun sistemi anlatılmaktadır. Optoelektronik burunun sensör dizisi üç tane içi boş, fotonik bant yapılı fiberden (Bragg fiber) oluşmaktadır. Bragg fiberler kızılötesi ışığı, fiberin Bragg ayna yapısı ile belirlenen belli bir spektrum bantında iletir. Fiberin opto-akışkan çekirdeğine bir kimyasal verildiğinde, kimyasal moleküllerinin soğurma bantları ile fiberin iletim bantı çakıştığı durumda fiberin ilettiği kızılötesi ışık şiddeti düşmektedir. Her bir fiberden alınan sinyalin karşılaştırmalı olarak analiz edilmesi ile alkoller karmaşık ortamlarda (bira veya meyve suyu gibi), hızlı, tekrarlanabilir ve güvenilir şekilde birbirlerinden ayırt edilebilmektedir. Ayrıca, optoelektronik burun sistemi nemden etkilenmeyecek şekilde tasarlanmıştır ki bu durum gaz sensör uygulamalarında nadir olarak başarılabilmektedir. Sonuç olarak geliştirilmiş optoelektronik burun sistemi dış ortamlarda ve nem için herhangi bir kalibrasyona gerek duymadan veya algılanmak istenen kimyasalları kurutmadan çalışabilmektedir. Sistem performansını daha da artırmak için, fiber kalınlık profili, fiber çekimi esnasında kontrol edilerek Bragg fiberlerin fotonik bant yapıları esnek biçimde tasarlanmıştır. Konik, içi boş Bragg fiberler termal fiber çekimi esnasında fiber üzerindeki yük keskin biçimde değiştirilerek üretilmiştir. Yükteki keskin değişim, fiber çekim hızının kontrolü ile sağlanmıştır. Geleneksel silindirik Bragg fiberlerde ışık, fiber içindeki tek bir çeyrek dalga istifi periyoduna sahip dielektrik aynalar vasıtasıyla iletilir. Konik fiberlerde, fiber boyunca kalınlıktaki azalma, fiber boyunca bir çeyrek dalga istifi periyodu gradyenti oluşmasını sağlamıştır. Bu şekilde fiber boyunca iletilen ışık her bir yansımada hafif biçimde incelmiş dielektrik katmanları ile karşılaşmaktadır, bu da fiber boyunca yansıma spektrumunun maviye kaymasına yol açmaktadır. Yansıma spektrumu maviye kaydıkça, fiberin başındaki fotonik banttaki daha uzun dalga boyları daha fazla yansıtılmamakta ve fiber kılıfından dışarıya çıkmaktadır ki bu da fiberin fotonik bantını daraltmaktadır. Dar iletim bantları özellikle optoelektronik burun gibi, içi boş dalga kılavuzu kullanılan orta-kızılötesi bölgedeki sensör uygulamaları için gereklidir. Dar fotonik bant yapılı fiberlerin kimyasal sensör uygulamaları için önemini göstermek amacıyla izopropil alkol buharının soğurma spektrumu kullanılarak algılama simulasyonları yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
An optoelectronic nose for the analysis of alcohols (ethanol and methanol) in chemically complex environments is reported. The cross-responsive sensing unit of the optoelectronic nose is an array of three distinct hollow core infrared (IR) transmitting photonic band gap fibers (Bragg fibers), which transmit a specific band of IR light depending on their Bragg mirror structures. Presence of alcohol molecules in the optofluidic core quench the fiber transmissions if there is an absorption band of the analyte overlapping with the transmission band of the fiber. The cumulative response data of the fiber array enables rapid, reversible and accurate discrimination of alcohols in chemically complex backgrounds such as beer and fruit juice. In addition, we observed that humidity of the environment has no effect on the response of the optoelectronic nose, which is rarely achieved in gas sensing applications. Consequently, it can be reliably used in virtually any environment without pre-calibration for humidity or drying the analytes. To further improve the performance, we engineered the photonic bandgap of Bragg fibers by controlling the thickness profile of the fiber during the thermal drawing. Conical hollow core Bragg fibers were produced by thermal drawing under a rapidly alternating load, which was applied by introducing steep changes to the fiber drawing speed. In conventional cylindrical Bragg fibers, light is guided by omnidirectional reflections from interior dielectric mirrors with a single quarter wave stack period. In conical fibers, the diameter reduction introduced a gradient of the quarter wave stack period along the length of the fiber. Therefore, the light guided within the fiber encountered slightly smaller dielectric layer thicknesses at each reflection, resulting in a progressive blueshift of the reflectance spectrum. As the reflectance spectrum shifts, longer wavelengths of the initial bandgap cease to be omnidirectionally reflected and exit through the cladding, which narrows the photonic bandgap. A narrow transmission bandwidth is particularly desirable in hollow waveguide mid-infrared sensing schemes such as the optoelectronic nose. We carried out sensing simulations using the absorption spectrum of isopropyl alcohol vapor to demonstrate the importance of narrow bandgap fibers in chemical sensing applications.
Benzer Tezler
- Doğadan esinlenen koku ve ikili görüye dayalı gerçek zamanlı bir gömülü sistem tasarımı
A bio-inspired real time embedded system design based on olfaction and stereo vision
SELMAN ERGÜNAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN
- Sensor platform based on environmental sensing and data fusion
Çevresesel etmenleri algılayan sensör platformu ve verianalizi
MUHAMMAD ALI NAGARIA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜLYA YALÇIN
- Hücresel imalat sistemlerinde maliyet ve sinir ağları tabanlı iki evreli bir kümelendirme yaklaşımı
Artificial neurat network x operation costs based twostage GT clusterning procedure
AFFAN NOMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. BÜLENT DURMUŞOĞLU
- Two odorant-binding protein genes in mosquitoes: Comparative genomics, expression, and function
İki koku-bağlayan protein genleri: Karşılaştırmalı genomik, ekspresyon ve fonksiyonu
MERYEM ŞENAY ŞENGÜL DEMİRAK
Doktora
İngilizce
2008
BiyolojiVirginia Polytechnic Institute and State UniversityBiyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZHIJIAN JAKE TU
- Sniffing out disease: The detection ofhuman diseases by artificial olfaction
Başlık çevirisi yok
NEVA KIZILKALE