Pengukuran kelembaban relatif sangat penting untuk banyak bidang seperti pertanian, layanan kesehatan, dan pengawetan produk makanan. Sensor yang akurat, andal, stabil, dan cepat sangat dibutuhkan di industri saat ini. Sensor kelembaban relatif konvensional memiliki beberapa keterbatasan karena kerentanannya terhadap interferensi elektromagnetik.
Sensor serat optik memberikan pilihan yang baik untuk menghindari tantangan ini karena kekebalan serat optik terhadap interferensi elektromagnetik. Melapisi struktur serat optik dapat meningkatkan kepekaannya. Indeks bias lapisan berubah dengan perubahan kelembaban relatif dan penyerapan kelembaban. Dengan demikian, daya keluaran atau panjang gelombang dari struktur penginderaan juga berubah.
Resonator botol-mikro (MBR) yang digunakan dalam percobaan ini dibuat dengan metode pelunakan dan kompres. Seutas serat dimasukkan ke dalam mesin penyambung (Furukawa Electric Fitel S178A). Beberapa busur diterapkan pada panjang serat ini sampai diameter botol yang diinginkan sebesar 190 μm tercapai.
Sampel resonator botol mikro dikarakterisasi dengan diameter botol tiga dimensi Db, panjang botol (leher ke leher) Lb, dan diameter batang Ds. Serat runcing dengan diameter 3 μm digunakan untuk memasangkan cahaya ke dalam MBR. Tapering dilakukan dengan menggunakan metode penyikatan api. Pelapisan HEC / PVDF disiapkan dalam dua tahap. Pertama, 1 gram PVDF (Mw = 275.000) dilarutkan dalam 120 mL dimetil formamida (DMF). Larutan ini diaduk pada suhu 90 0C selama 10 jam. Kemudian, 4 gram hidroksietil selulosa (HEC) ditambahkan ke larutan ini dan campuran diaduk selama 10 jam. Lapisan diaplikasikan pada resonator botol mikro dan dibiarkan mengering selama 48 jam.
Sumber laser tertala (TLS) digunakan untuk memberikan cahaya yang digabungkan dengan serat meruncing ke sampel resonator botol-mikro. TLS digunakan sebagai sumber cahaya karena resolusinya yang bagus sebesar 0,001 nm dan kemampuannya untuk memberikan rentang panjang gelombang yang baik. Ragam transmisi resonator botol-mikro dideteksi dan direkam menggunakan pengukur daya optic. Media penginderaan terdiri dari resonator botol-mikro dan serat runcing kopling dengan jarak 0 mm antara mereka dan resonator botol-mikro diposisikan pada 90 di bawah serat runcing tersuspensi.
Struktur penginderaan yang dihasilkan ditutup dalam ruang terkontrol dengan tekanan konstan 1 atm dan suhu konstan 25 C. Kelembaban di dalam ruang dikontrol oleh garam jenuh (Natrium hidroksida) dan pelet silika gel. Kelembaban di dalam ruangan terus dipantau oleh pengukur suhu kelembaban melalui data pencatatan. Kelembaban di dalam ruang bervariasi dari 40 hingga 80% RH dan daya keluaran media penginderaan terus direkam. Kestabilan struktur sensor diuji dengan merekam variasi keluaran daya selama 300 detik. Siklus penginderaan, waktu respons dan waktu pemulihan diperoleh dengan mencatat waktu yang diperlukan penginderaan untuk bereaksi terhadap perubahan kelembaban relatif dari 40% RH menjadi 80% RH.
Pengaruh suhu pada kemampuan sensor untuk mendeteksi kelembaban relatif juga dipelajari. Kelembaban relatif di dalam ruang dijaga pada 60 RH% dan suhu secara bertahap bervariasi dari 25− 35 ◦C. Variasi keluaran daya sensor terus direkam. Pada kisaran suhu 25-35 ◦C, keluaran daya HEC / PVDF menunjukkan kinerja yang stabil. Pergeseran panjang gelombang dari struktur penginderaan terlapis diperlihatkan. Penurunan resonator resonator WGM resonator HEC / PVDF bergeser sebagai kelembaban relatif meningkat dari 40 menjadi 80% RH.
Dalam kisaran kelembaban relatif ini, keluaran daya meningkat seiring dengan peningkatan relative kelembaban dan begitu pula panjang gelombang tengah dari penurunan beresonansi. Siklus penginderaan ditampilkan untuk perubahan kelembaban relatif 40-80% untuk sampel MBR yang dilapisi dan tidak dilapisi. Untuk MBR berlapis HEC / PVDF, waktu respons struktur penginderaan ini rata-rata 1,5 detik dan pemulihan waktu rata-rata pada 2,4 detik. Sampel MBR yang tidak dilapisi, menunjukkan waktu respons 4,9 detik dan waktu pemulihan 14,4 detik.
Hasil dirangkum yang mencakup kinerja penginderaan sensor. Kita dapat melihat bahwa sensitivitas sensor meningkat dari 0,024 dB /RH% hingga 0,111 dB / RH% dengan lapisan HEC / PVDF. Resolusi dan deviasi standar juga lebih besar dengan HEC / PVDF lapisan. Linearitas sampel MBR yang dilapisi HEC / PVDF lebih besar dari 95% yang menunjukkan keuntungan menggunakan lapisan HEC / PVDF untuk meningkatkan kemampuan MBR untuk mendeteksi perubahan kelembapan relatif.
Sensor kelembaban telah dibuat dengan menggunakan resonator botol-mikro berlapis HEC/PVDF. Resonator botol-mikro diproduksi dengan teknik pelembut-dan-tekan dan cahaya digabungkan ke dalam resonator botol mikro melalui serat runcing 3 μm. Karena kelembaban relatif berubah dari 40 menjadi 80% RH, sensor berlapis yang diusulkan menunjukkan sensitivitas 0,111 dB /% RH dibandingkan dengan sensitivitas resonator botol mikro yang tidak dilapisi 0,024 dB / RH%. Linearitas MBR yang dilapisi HEC / PVDF sebesar 95% juga lebih tinggi daripada resonator microbottle yang tidak dilapisi. Peningkatan deteksi kelembaban relatif ini disebabkan oleh lapisan HEC / PVDF yang menyerap molekul air dengan kelembapan relatif yang meningkat dan bias lapisan pelapis yang menurun selanjutnya menyebabkan lebih banyak cahaya yang dipandu melalui serat.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
H.A. Zain, M. Batumalay, H.R.A. Rahim, M. Yasin, S.W Harun. HEC/PVDF coated microbottle resonators for relative humidity detection.
