Endüstriyel atık sularda fiber optik yöntemle pH algılanmasının teorik ve deneysel analizi
Theoretical and experimental analysis of pH sensing with fiber optic method in industrial wastewater
Yazar: ÖMER GALİP SARAÇOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. SEDAT ÖZSOY
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1999
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Algı = Perception ; Atık su = Waste water ; Endüstriyel atık su = Industrial waste water ; Fiber optik = Fiber optics ; Sensörler = Sensors

Özet:
V ÖZET Fiber optik sensörler, işareti, elektriksel olarak yalıtkan bir ortam vasıtasıyla taşımaları sebebiyle, alışılmış sensörlere göre büyük avantajlar sunar. Günümüzde, endüstride birçok prosesin kontrolünün fiber optik sensörlerle yapılması gerekmektedir. Bu proseslerden biri, endüstriyel bir tesisin atıksuyunun, çevreye zarar vermeyen sınırlara getirildikten sonra atılmasıdır. Bir atıksuda pH'nın izin verilen değerlere çekilmesi için yapılan işlemler, diğer kirlilikleri de büyük ölçüde azaltmaktadır. Bu yüzden bu tezde, bir sıvının pH'sını algılamada kullanmak üzere, sönen alan soğurmalı bir fiber optik pH sensöründe kesirsel çıkış gücü teorik olarak analiz edilmiş, ilgili fiber ve indikatör parametrelerine bağımlılığı nümerik olarak incelenmiş ve sıvı pH'sı algılamada kullanılabilecek yeni bir fiber optik pH sensörü düzenlenerek deneysel ölçmeler yapılmıştır. Beş bölümden oluşan tez çalışmasının ilk bölümünde; optik fiberle algılama, algılama yöntemleri ve özellikleri verilmiştir. Ayrıca, literatür taraması listelenmiş, tezin amacı belirtilmiş ve uygulanabilirliği değerlendirilmiştir. İkinci bölümde; optik fiberin yapısı tanıtılmış, toplam iç yansıma, kabul açısı ve nümerik açıklık gibi temel kavramlar tanımlanmıştır. Optik fiberde dalga yayınımının elektromanyetik gösterimi, normalize frekans ve yelekteki kesirsel güç bağıntıları da bu bölümde verilmiştir. Üçüncü bölümde; fiber optik kimyasal sensörlerle algılamanın avantaj ve dezavantajları anlatılmış, kimyasal algılamada kullanılan mekanizmalara değinilmiş ve fiber optik pH sensörleri sınıflandırılmıştır. Dördüncü bölümde; sönen alan soğurmalı bir fiber optik sensörün toplam kesirsel gücünü temsil eden yeni bağıntılar türetilmiş ve literatürle karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucu; elde edilen bağıntıların, zayıfça kılavuzlama yaklaşımı ve literatürdeki bağıntılarla uyum içinde olduğu görülmüştür. Ayrıca, sıvı pH'sı algılaması için bu çalışmada tasarlanan yeni bir sensörün deneysel sonuçlan da bu bölümde verilmiştir. Son bölümde, çalışmada elde edilen sonuçlar tartışılmış ve fiber optik pH sensörlerinin Türkiye'deki geleceği hakkında bir değerlendirme yapılmıştır.

Abstract:
VI ABSTRACT Fiber optic sensors offer great advantages when compared with usual sensors because they transfer the signal by means of an electrically insulating medium. Today, it is necessary to control many processes in industry by means of fiber optic sensors. One of these processes is to be released the wastewater of an industrial plant after adjusting its pH to harmless limits allowed for environment, pH adjustment in a wastewater also decreases other pollution. Therefore, in this thesis, the fractional output power of the fiber optic sensor based on evanescent field absorption has been analyzed theoretically, its dependence on related fiber and indicator parameters has been investigated numerically, and experimental measurements have been made by arranging a new fiber optic pH sensor to be used for sensing of liquid pH. In the first chapter of the thesis that contains five chapters, sensing with optical fibers, sensing methods and properties have been given. In addition, the literature has been listed, the aim of the thesis has been pointed out and its practicability has been evaluated. In the second chapter, the structure of an optical fiber has been introduced, basic concepts such as the total internal reflection, the acceptance angle, and the numerical aperture have been defined. Also, electromagnetic representation of the wave propagation in the optical fiber and fractional power relations in the cladding have been given in this chapter. Advantages and disadvantages of the sensing with fiber optic chemical sensors have been mentioned, and fiber optic pH sensors have been classified in the third chapter. In the fourth chapter, new relations that represent the fractional output power of an evanescent field absorption sensor have been derived and have been compared with the literature. The comparison have shown that relations derived have a good agreement with the weakly guiding approximation and the literature. Experimental results of the sensor designed in this work for sensing of liquid pH have been also given in this chapter. Results obtained in the work have been discussed and the future of fiber optic pH sensors in Turkey has been evaluated in the last chapter.