optical-fiber sensor for determining water content in organic solvents

5

Click here to load reader

Upload: xin-yang

Post on 04-Jul-2016

217 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Optical-fiber sensor for determining water content in organic solvents

���������� �� �� ��� ����������� ����� ������� �� ������� ������

��� ����� ���������� ���� �������� ����� ����!� ���� "��#�� ��$

��������� � ��� ����� ��� ��� ���� ������� ��������� ������ � ��� ���� ��� ��� ���� �����������

����� ���������� �������� ������� ! �����

"������� %& '�( )***+ �������� �� ���� �� ���� ) ������ )***+ �������� %, ������� )***

��������

-� ������� �������� �� �� ��� ����������� ����� ������� �� ������� ������ �� ��� ��������� � �� �� � .���� ���� �(�� %*����(��

�������� ������� ����� � ���������( ���� �� ��������� �����/0 -���� �������� ���������� �� ��� ��� ���� ������ ���� ���� ���� � ���

.���� ���� �(� � �����(����1�� ���� ���� ���� �� ��� ��� ���� �� � �(��������� �������� )��(���/(����(� �������(����� ��� � �(��

������������� ������ ������� ������( �������1�� �� ��� ��� ������ � ��� �������0 2�� ������ ������� �� � �� ��� ���

��� ������� �� ����� ������� �� ������� ������ 0 3���� �� � ���� �� �������� ��� ������� �� � � ���������( ���� �������� ��� ����

�� ��� � ��� ���������� ����0 2�� ����� �����( ��� �������������( �� ��� �� �� ��� ���4���� ��� ��������� ��� ������� 0 � )**% 5� �����

������ 3060 -�� ����� �� �����0

"��#��$ ������� �������� �� ��+ �������� �������1�����+ %*�-��(���������� ������+ 7����

� ���� ������

2�� ������������� �� ����� ������� � �� ��������� �� 8 ��

���� ���� ��������� ����� ��/����� ���������� � ��� ��

�������� 0 "������( � �� ����� �� �� ��� ����� � �(

�� ������� ������ � �� �� ���(��� ������� �� ��������

( 3�� ��� ���1 9%:0 2�� �� ��� ������� � � ��� �� �����

�/������ �� �� ������ ( ��������1��� ����� ��� ���8��

���( �(���� ���� � 4��������( �������� ���0 3�(�� �� ��0

9): ����� �� � ������� ����������� ����������� ������� �� ���

��8��� � � �� ��� ����������� ����� �� � ������� �����������

����������� ������� ������� � � �������� �� �������� �������

�� ��� ������ 0 2�� ������ ������� �������� (

;� ����� �� ��0 9<:� � �� �������� ����������������� ���

= ��������������> �(� �� ��� �����(����� �(��0 2�� �(�

���� �����(����1�� ���� �(��������� ������� ��������

�� ����� �(���������1�� ������ ������� 0 2�� ������

�� � ������� ��/���� �� ���������� ���� ��� �����

������� �� ������� ����� ��� ��� � ������ �� ��� �����

������ ���� ��� �; ����� �� �����0 ?� ��� �� ����������

�� �� ��� ����� � �( �� ������� ������ � �� ��� �������

������ �0 @� ����� ( ��� ���� �� ��� � � �� ��8(� �������

���� �� �������� ������ ��� ��������� ������� �� �� �� ���

���� ��� ��� �������� 9,�&:� ��� ��� ��� ������ ����� ��

(���� �1� �� �������� ������ ���������� ���� �� ���� ����

���������( ���� �� ������ ������� ��� �����������

����� ������� �� ������� ������ 0 2�� �/���������� �� ���

��� �� ����� �� ��� ������0

� ������������

�%�% &�������

-������� ������ �(����������� A-�;����B� ������ ������ C��8� �������� ��0� �� ����( �����1�� ������������0

2�� %*����(���������� ������ �� (���� �1�� ��������� ��

'����8� ��� ���8�� 9D:0 -�;���� �� ���� ������ ����

�������� ������ � � ( ����� ���������� ��� ��� � �

�� �/������� ���� ��1��� �� �/���� ��� ��� ������� ��

������� ������ ������������������( ���� -�)�<0 -�������

������ � � �� ��.�/�� �� ������� ���� ���(������� ���

������ ���� 0 2�� �� ������ ����������� �� ������� ������

������������������( ���� -�)�<0 2�� ������� �� ��������

( @"0 2�� )��(���/(����(� �������(���� A;E'-B � �� �

������� �����/ �� (���� �1�� �� ��� ��������( ���

�������� (' ������ ���(0 3��1��� ���(� ����� � �� � �

���(����1����� ��������� �� ������ �� ���� �������

"������ 0 2�� �����1��� ����� <�A��������/( ��(�B����(�

�������(���� A2 E'B �� ������ �� ���� �FG ��������

A3��H���B0 C�� .���� ����� ��� ������� �� ��� �������

�� ������� ������I����� ��/���� � �� ������ ��� ������1��

����� ���� �� � �����( ������� ���� %�&� %*J � �� �� )&��

�� �� ��� -������� 3 J& A)**%B ,<I,J

$ ����� ������� ������0

�' ��� ������K �4(�L����0����0���0�� A"0�#0 ��B0

*M)&�,**&N*%NO I �� ����� ������ � )**% 5� ����� ������ 3060 -�� ����� �� �����0

E@@K * M ) & � , * * & A * * B * * J , * � %

Page 2: Optical-fiber sensor for determining water content in organic solvents

�� � ��0 -�� ������� ������ � �� �� ��� ���8 ����

�� ������ ��� ����� ���� ��������� ���� A< -P B �� ���������

��( ����� �� ����0 C�� ��� ������� �� �; �� �4����

������� � � ���� ����� ������� ���� �������� � ������ K

�; %0J<I%<0**� 3������I"��� �� ����� ������� A*0) '

������ ����� ��� ������ ������ ��� *0) ' ���; ���� ��/��

��� � ��B0 -�� ����� �������� ���� �� ����(����� �������

�����0 �; ��� ������� ���� ��������� ���� � �; �<

����� �; ����� A �������B0

�%�% ����� �������

2�� .���� ����� ��� ������� ���� ��������� �� �

;������ 'Q&* ������.���������0 E�� �������� �� �� �����

��������� �� ����� ����� �� % � ���� ���� � ������ ���

�� Q �� ��� ��������� ��� �� D �� ���� ������ �� ����

3��H��� @� ������ �� ��� "� �����0 3( � ��� � �������(

�� ����� ���(A�����.�������(����B AE2C5B .����������

���� ��� ������� ��� ����� ������� �� � .�� ���� ��

%0& �� ����% � ��� � ���� ������ ���� A���8��� @� ����

���� � ���H����B0 2�� ��� ���� ���� ��� �� ��� ����

���� ��������� �� �� ( � ���������(����1����� ���������

A���� �����B �� ������� �� ��� .���������� ����0 2��

������� ��� � ������ ��� ���� ������ ���� ��� ���������

��� ����� ������� ������� ���� ��� ������� ��� ���

���� ��� ��� �� ��� ��� �� � ������( �������� ��� ������

��� �� ��������� �� ����� �����0 2�� ��������� ��� ��

��� �� ����� ����� �������� ��� �/�������� ����� ���

�������� ���� ��� ��� ��� ��� ����� ��� ����� ��� ���� ���

��� ���� ������0

�%(% �����

2�� ����( �� ������ ����� �� ��� ������� ������ ����

����� ( � ���� ������ ���� ������� � E2C5 .����������

����0 2�� �/�������� ��� ��� ��� ���������� �� ,Q* ���

&<) ������ � ��� �� ��������(0 2�� .�� ���� �� ��� �������

�� 8��� ��� ���� �� ) �� ����% ���������� ( ��� ���� ����������0 ���� ��� .���� ����� ����� ��( ������� � �����1���

��� ����� ������� � ��� ���� ��� ( ���0 2�� �4��������

.���� ����� ����� ��( � ��������0 3������ ��� �����

����( �� ������ ����� �� ��� �� �� �� � ��� ������� �����

��� ������� ���8 .���� ����� ����� ��( ������� � �� �����0

�%�% )*��� � +��� *�*�����

��� ����� ���� ���� ���� ����� ��� <* ��� �� &R

A�N�B ������ ����� �� ��� ���������( ���� �� ������ ����� ���

�������)���� ��� ������� �� ��(0 �����1����� �� ��� ���������

��� ���� ���� ��������� ( ����� ��� �� ��� ��( ����

����� %R A�N�B ������� ������� �� 2 E'� ��� �������

��������� �� ���� ������������ ����� ��� ������� ����������

��� ��� ����� ������� �� ��� ��� ������0 2�� ���� ����

�� ��� ����� ���� ������� ��� ������� �� ��( ����� � � ��

������ 9J:0 2�� �� ��� ������ ������� ���� ��������

� ��� ��� ��������� ��������� 9<:0 2�� ������� ;E'-�

�(� ��� ��1��� ���(� ����� AMDK%K< �� ������ �����B ����

��/�� ��� �� � ���� � �� ������ E2C5 �����0 �����������

��� ��� ���� ���� ������ ���� ��� ������� � ��� S6

��������� �� �������� ���� %* �� ���� ��� �������

�����/� ��� < � �� � �������� �����������0 -���� ��� S6

����������� ������� ��� ���(��� ������� ���� ����������

�(� ���������( �������1�� �� ���������( �� ��� �4����

�����( ���� ����� ��� �������� �� ������ ��( ���������

����� � ��� � ���� ���� �������� ����� �� �������� �� ���

�(� �� ��������0 2�� ������ ������� �������� ��

����� �� � �� ������� ����� � �0

� ������� �� ����������

(%�% ,��������� �*����� ��*��� ������������� � ���

���'� +���-�� *�� � � +��� �� ����� ������

����

2�� .���� ����� ������� ���������� ��� �� ��� �(��

�������1�� ���(�;E'- ������ ������� �� ������

������� ������ ��� ��� ����� �� 2��� %0 2�� ���(�;E'-

������� ��� ��� ���� �� ������ ���� ���( ��� ����� ��

�� ������ �� ��������� ������ 0 2�� �������( � ���������

2��� %

C����� ����� ������� ���������� ��� �� ��� ������ �� ������ ������

������ ��/ A��B ��� A��B ��� A���%B� � ��

7���� &*Q &<D M&% Q*0%* %0<<<*

?�����(���������� &*Q &<Q %*MQ <D0J% %0,<*&

'������� &*Q &<, M&Q <)0J* %0<)QQ

5������ &*Q &<, M&Q ),0&& %0<D%%

-������ &*Q &<D %*)Q )*0J* %0<&QQ

2;C &*Q &<Q %*MQ J0&Q %0,*&*

5��(� ������� &*Q &<, M&Q D0*) %0<J)<

���������� &%* &<) Q%* ,0Q*D %0,,&M

2������ &%* &<, QQ% )0&DQ %0,MD%

��;�/��� &*Q &<Q %*MQ %0QM %0<J,M

� ��8� ����0 ?��������� ��� ����0� @���/ �� ����������0

,, .% /��� �� ��% 0 ����� ��� 1������ 2 34 5����6 �(7�3

Page 3: Optical-fiber sensor for determining water content in organic solvents

���� ��� ������� �������� ( ;� ����� �� ��0 9<: ��� ���

������� �� ��� ��� ��� �� ��� ��� �� � ���� ����

���� ���������� ���� ������ �����0 S ����(� �����������

��� ������ ������� � �� ����� �� ��� ���������� ������

����� ����� ��� � ���� �� ���������� �� .���� �����

������0 C��0 % ��� ��� ��8� ���� ��� �/�������� ��/�

���� ���������� �� ��� ������ ������� �������� �� ���

��� ��� ���8 �� ������ ������ 0 2�� ������ �� ������

�������( �� ��� ��8� ���� �� .���� ���� ��� � �� �����

( !������ �4������ 9Q:0

��� � ��� � ���

� )

��

�� %

)�� %� �) � %

)�) � %

� � ��� � ��)�)

� ��� ���� A%B

;���� ��� ������ ��8� ����� ��� ������ ��� � ������� ������ ��� ���������� A���%B� �� ��������(� � ����� ���

E����8> ��� ����� � �� ������ ����� ����� � ��� ������

���������� ��� ����� � ����/ �� ����������� � ����� �� ������

�����(� �� ��� � �/����� ��� ������ ���� ������ �������

�� ��������(0 @� 540 A%B� A�� %BNA)�� %B ����� ��� ��� ����

���� ���� �������� ( ��� ������ � �0�0 ��� ������ ������

������������� ��� �������� ���� �������� �� ������ �����

���� 0 ;���� A�) � %BNA)�) � %B �/��� � ��� ������� ����

��������� �����( ( �������� ���� ��������0 2�� ����������

������ ��� � ��� ���� � � �/��� �� ( ��� � �� � ��

C��0 %� ����� ��� ��� ������� ���� ��� �� ( ������ �����

����� �������������� �0�0 ����������� ������1�����(0 ���

������ ���� ��� ��8� ���� �� ��� ������ ������� ����

����� ������ ��� !������ ����0 2�� ���������� � ������

�� ��� ������� �� �������� ������ �� ��������� �������

������ 9M:� ������ ��� �������� ������ ��� �������������

����� � ���� ������ ���� ���� ��� %*����(���������� ������

������� �� ��� ��� ��� ���(0 2�� ���������� � 4����

�/�������� � ��� ������ �� ��������� 9M: �/������ ���

������ �� �������� ������ �� � ����� �� ��������� ������ �

����� �� ��� ���8 �� ���(� ����� � �������� �� ��� �������� ��

�������� ������ ��� ��� %*����(���������� ������ ��������

������ � ���������( ���� �� ��� ���(�;E'- �������

��8��� �� ���� �� �� ����� �� ��� ���������� ������

�����0

(%�% &������ #��� ������ �� ����� �������

2�� �������� �� ��� ������ ������� �������� ��� �

�/������� �� ������� ��� ������������� �� ����� �� �������

������ 0 @� �4���� �/�������� ������(�������� A2;CB ��

��8�� � � ����� �������� �� ������� ������0 C��0 ) ��������

��� ������ �� ����������� �������� �� ����� ������� �� ���

����� �� *I)*R A�N�B �� 2;C �� ��� �������� .���� �����

����� ��( ����� �� ��� ������ �������0 2�� ������ �� ��� �

�� ��� ������ ������� ����� ��� ����� ������� ���� * ��

)*R A�N�B0 @� ����� �(��������� �� �(�������� ������

������ ������� �� � �����0

(%(% !��*��� �� �� �����+����� ��� �*����+�����

2�� ������ ������� �� �4��������� ���� 2;C ���

��� ���� ��������� ����� ������� �� ���� ������ ��� �� ��� �

����� ����� �����( ��� �������������( �� ��� �� ��0 2�� ����

�� ��� � ����� �� ��� �������� .���� ����� ����� ��( ��

��������0 C��0 < ��� ��� ���� ��������� �� ��� � �� ���

������� �� �� �� ���� ������������( �/�� �� �� �����

������� �� %**� )*� Q ��� *0)R A�N�B �� 2;C0 2�� �������

�� ���� 4���� 4���8�( ���� ��� ����� ������� ����������

���� ������ 0 2�� ���������� ���� ����� ��� ����� �������

� ������� � ������ ����� �� ��������� �( ���� � ������ ��

� �����0 C��� C��0 , ��� �� � ������ ���� ��� ����� �����(

C��0 %0 2�� ��8� ���� ��� �/�������� ��/���� ���������� �� ��� ������

������� �� ������ ������ � 0 ����������� ������1�����(0

C��0 )0 2�� �������� ������ ����� ����� ��( ����� � � �������� �� �����

������� A�N�RB �� ��� ������ �* � ��� ������ ����� ����� ��( �� ��� ������

������� �/�� ��� �� ���������� 2;C+ � � ��� ������ ����� ����� ��( ��

��� ������ ������� �/�� ��� �� 2;C ������� ���� ��������� �����

�������0

.% /��� �� ��% 0 ����� ��� 1������ 2 34 5����6 �(7�3 ,&

Page 4: Optical-fiber sensor for determining water content in organic solvents

��� �������������( �� ��� .���� ����� ����� ��� ��� ����

���(0 2�� �������� ������� ��������� A"0 0?0B ������� ����

����� ������� ������������� ��� ��� ������������� � Q ���

*0)R� ��� %0Q& ��� )0*%R� �� ��������(0

(%�% ���'�� ���+�����

@� ����� �� ������� ��� �������� ��� �� %*����(����������

������ ���� ��� ������ ������� ���� ��� ����� ��������

��� .���� ����� ����� ��( �� ������ ������� ��������� �(

�/�� �� �� .����� ����� ���� � ����� ������� �� QR A�N�B

�� ������������( �������� ����( ����� ��� ���� �� ���

�������� ��0 ?����� ��� ��������� ���� �� %&* ��� ���

.���� ����� ����� ��( ����� ������ %*D ��� MM A��������

���� B ���� � ���� �� %*) ��� � 0?0 �� )0&QR0 2�� �� ���

�������� ���� � %*����(���������� ������ �� ���������(

�������1�� �� ��� ������ �������� ����� �� ���� ��

���������( ���� �� ��� ������ �� ��� ����� �� � ����

���������� �� ������� ��� �(� ���� ��������0 2�� ������ ��

������� �������� ��� ��� ������� �� ��� � ���������� ���

��� ��� ������ ����� �� ��� � %������ � �0

(%4% ��� ��*��� � ���'� +���-�� *�� � � +���

� ��� ������ � ������ *�

- ��� �(� ��������� �� �� �� ������� � � �;� �� ��

���� ���������� ��� �� �� �������� � �� � �;� �� �����0 2��

.���� ����� ������ �� ��� �(���������1�� ���(�;E'-

������� �/�� �� �� �4���� ������� �� ��������� �; ���

���� �� C��0 ,0 C�� ��� ��� ������� �� �4���� �����

������� � ��� ������ ������� �/������ ���� ����������

����(� ���� � "0 0?0 �� %0*<� %0Q&R A� � DB� ���� �����

������� �� �; ,0<) ��� M0*M ���� ����������( ��� ����0

"� ��� � ���� ��� ���� ��� ������� �� ������ ) ���0 2��

�� �� � � ��������� � ���� �� �� ��� �; ��� �������0

� ����������

2�� ������ ������� ( ��� ���� %*����(����������

������ �����(����1�� �� � ��� ���� ����� S6 �����������

�� ��� ������� �� ��������� ����� ������� �� �������

������ 0 2�� ����(����� ����������� ���������� ��� �������

��� ����� �����(� �������������(� ��������� ������( ����

��������� ��� ��� ������ ( ��� ���� � ��� �������� �� ��

����� ��������� �� ����� �����0 2�� ����� �� .�����

������ ������� ( ��� ������� �� ����������� �����

�������� ��� � �( �� ����� ������� �� ������� ������ 0

�������� �������

2�� ���8 �� �������� ( ��� C��������� ��� ���

�������� ������� ������ A��0 )**J&**D ��� ��0

)MMJ&**DB� ��� 2������������ ?���������� �� '�������(

@��� ��( ��� ��� ������� ��������� �� ;���� E�������0

����������

9%: '0 3��� 70"0 ���1� - ���� ����� �� �� ��� ����� �� ������� ������

� �� �� ���(��� �������� 2������ D A%MM,B MM<IMMM0

9): �0 3�(��� "030 '���������� -0�0 '�(� � 50"0 C���� � �0"0 !����

;����������� �� �� ��� ����� �� ������ � -���0 ����0 DQ A%MMDB

%*QMI%*M,0

9<: ;0 ;� ������ �0 '����� ;0 ������ ;0 2����� 20 ������� G0 �1�8��

'�������� �� ���� ����������1������ ��� ����������� �� �������������

���� �(� ��� ���������� ����� ������� �������� �� ��� 0 )0 E�������

���� �� ��� ������� �� ��� ������� ��� ��� ����������

��� ������� �� �; ��� ����� ������� �� ������� ������ -���0

����0 J* A%MMQB %)&&I%)D%0

C��0 <0 2�� ���� �� ��� � ����� ��� ������� ( ��� ���� ��� ����� ��

��������� ����� ������� �� 2;C ������� A�N�RBK A�B %**+ AB )*+ A�B Q+ A�B

*0)0

C��0 ,0 �; ���������� �� ��� ������ ����� ������� �� ��� ������

������� �/�� ��� �� �����I2;C ������� �� ��������� �;0 C��� ��� ��

�����K �; � �� %0J<� )0<*� <0)<� ,0<)� &0<<� J0*<� M0*M� %*0%Q0

,D .% /��� �� ��% 0 ����� ��� 1������ 2 34 5����6 �(7�3

Page 5: Optical-fiber sensor for determining water content in organic solvents

9,: �0 G������� "0 2������ 20 G������8�� 20 @�� �8�� �0 @ ��� ���

C��������� ���� ��� ��� �� �� � ��� ��8(���������� ������ ��

��� ����1�� ���(A���( ��������B �������� -���0 ����0 D) A%MM*B

%&)QI%&<%0

9&: �0 G������� 20 G������8�� 20 @�� �8�� �0 @ ��� ��� @��� ��������

������� � ��� ��/����(���������� ������ �������� �� ���(A���(�

��������B �������� -���0 ����0 D) A%MM*B )*&,I)*&&0

9D: 50 '����8�� 60 ���8��� !����� 1��1�� ����� �� ��� ���������

������������������������ �0 E�( 0 ����0 AC���8���� �� '���B %Q

A%M&QB <J&I<M*0

9J: -0�0 '�(� � �0 3�(��� '0 G(��T��T�����"��(� "030 '���������� �0"0 !����

- ����������� ������� �� ��� -���0 ����0 J% A%MMMB <<M*I<<MD0

9Q: �0�0 ����� �0�0 ;����� �0�0 ��� �0�0 ������ �030 7���� 2��

C����� ����� -���( � � )�� 5������� ����� E��� ����� 3��H���� %MM*0

9M: 5030 3���� � �0�0 '����(� '0-0 3���� !���� �(����� �� ?�- (

��������������������� ��8� ���� �� �� ������������ �(�� �0 -�0

����0 ��0 %)* A%MMQB ),,MI),&D0

������� ���

.�� /���� �� ��������� ������� 3��H��� @� ������ �� E����������( ���

2�/������(+ 3 �� ���/� S����� ��(� %MM%+ ' �� ���/� S����� ��(�

%MM,+ E�? �� ;���� S����� ��(� )***0 ;� �� ����� ������ � ����� �������

�������� �� �� 0

�����'8��� 9��� E�? ��������� �� ;���� S����� ��(+ 3 �� ���/�

S����� ��(� %MQ<+ ' �� ���/� S����� ��(� %MMD0

:��';�� ������ 3 �� ;���� S����� ��(� )***0

8�'<� ����� E���� �� �� ����� ��(� �������� �� @� ������ ��� ������

������ ��� �������� �� �� 2��������(� ;���� S����� ��(� ����� ���

�����0 6������������ �� ��� �������� �� �� ���������� �� ����� �

-���(����� @� ������������ �����( ��� ������ �����( ��������������� ��

=�������� �� �� >0 ��������� ���� ?��������� �� ����� ��(� C����

S����� ��(� �������� �� %MD%0 ;� �� ����� ������ � ����� �������� ���

�� �� �� 0

!�'=�� /�� E���� �� �� ����� ��(� ������� �� ����� ��( ��� ��������

5����������� ;���� S����� ��(� ����� ��� �����0 '���� �� ����� �

-�����( �� ������ ���� %MM%0 5�������������� �� =�������� �� �� >�

��������� ���� �� �� -���(���� ������� -��� A5� �����B ��� ������� ��

����������� A7���(B0 ��������� ���� ?��������� �� ����� ��(� �0

E���� ��� S����� ��(� "� ��� �� %M&M0 ;� �� ����� ������ � �����

�������� �� �� ��� ����������� 0

.% /��� �� ��% 0 ����� ��� 1������ 2 34 5����6 �(7�3 ,J