CC BY
4ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОРОВЬЕГО МОЛОКА ПРИ ПОМОЩИ ОПТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ НА ОСНОВЕ НАКЛОННЫХ ВОЛОКОННЫХ БРЭГГОВСКИХ РЕШЕТОК
1* 1 2 1 Долженко Е.И. , Томышев К.А. , Самарин Г.Н. , Бутов О.В.
1 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, г. Москва 2 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный
центр ВИМ", г. Москва * E-mail: dolzhenko@phystech.edu DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-267-268
Молочная промышленность является одной из главных отраслей пищевой промышленности в мире. При этом современные исследования демонстрируют увеличение затрат на содержание молочных ферм и заводов на фоне мировой экономической обстановки, что побуждает к оптимизации производства, в том числе к внедрению мониторинга стадий производства в автоматическом режиме. Автоматизация технологических процессов требует отслеживания большого количества параметров молока и молочных продуктов; для их контроля могут применяться волоконно-оптические датчики, являющиеся компактными и высокоточными устройствами, интегрируемыми в существующие техпроцессы.
Доклад посвящён измерению параметров и детектированию структурных компонентов коровьего молока при помощи волоконных сенсоров на основе наклонных волоконных брэгговских решёток (НВБР). НВБР представляет собой периодическую модуляцию показателя преломления сердцевины волокна. При этом плоскости искусственных дефектов такой структуры расположены под углом к оптической оси волокна, благодаря чему при взаимодействии распространяющегося по волокну излучения с НВБР возбуждается набор оболочечных мод [1]. Такой феномен проявляет себя на спектре пропускания в виде серии пиков и провалов. Так как существование оболочечных мод напрямую зависит от их взаимодействия с внешней средой, то НВБР обладает важным, с точки зрения сенсорики, свойством - чувствительностью к показателю преломления ближайшего окружения [2,3]. При изменении показателя преломления внешней среды условие полного внутреннего отражения для отдельных оболочечных мод начинает нарушаться, что может наблюдаться на спектре пропускания в виде резкого уменьшения амплитуды соответствующих пиков в коротковолновой области для всех длин волн меньших некоторой, называемой длиной волны отсечки (Рис. 1).
Длина волны, нм
Рис. 1. Отсечка при двух различных показателях преломления
В ходе работ производилось измерение показателя преломления образцов коровьего молока при помощи сенсоров на основе НВБР. Сенсор был погружался в исследуемый образец и опрашивался при помощи оптического интеррогатора. Обработка показаний сенсора и поиск длины волны отсечки производились в автоматическом режиме по методике, описанной в [4]. Параллельно с волоконно-
оптическим методом состав и кислотность образцов измерялись ультразвуковым методом. На Рис. 2 представлена динамика сдвига длины волны отсечки в течение 100 часов. По результатам обработки данных была изучена корреляция показаний сенсора на основе НВБР и нескольких характеристик молока (белки, жировые глобулы, сухой обезжиренный молочный остаток, рН).
1543.001542,75 1542,50 1542,25 1542,00 2 1541,75-Х„ 1541,50 1541.25 1541,00
Л X
с, о
И 1540.75 ^ 1540,50 1540,25 1540,00 1539,75
1539,25 1539.00
■
■
■
■
-
■
■
■"
- /
4
■
■ -Длина волны отсечки
-
—1- 1 -1- -1- -1- -1- -1- —■—1—
12
24
36
48
60
72
84
96
Время, час
Рис. 2. Сдвиг длины волны отсечки со временем
Дальнейшие исследования в этом направлении могут способствовать развитию волоконной сенсорики и созданию НВБР-сенсоров для внедрения в молочную промышленность.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН.
Литература
1. Albert J., et al, Laser Photonics Rev. 7.1, 83-108 (2013)
2. О.В. Бутов, и др., Успехи физ. наук, 192, 1385-1398 (2022)
3. Бутов О.В., Томышев К.А., ВКВО-2019, спецвыпуск Фотон-Экспресс-Наука, 6, 158, 22-23 (2019)
4. Tomyshev K. et al, Sens. Actuator A Phys. 308, 112016 (2020)
