Development of a High-Sensitivity Plastic Optical Fiber Sensor for Various Alcohol Detection

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04076
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21030:Measurement engineering-related
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: Morisawa Masayuki 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30220049)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 裕 東洋大学, 理工学部, 准教授 (40516928)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: アルコールセンサ / 光ファイバセンサ / プラスチック光ファイバ / 膨潤性ポリマ / ノボラック樹脂 / エタノール

Outline of Final Research Achievements

This study aims to enhance the sensitivity of a leaky-waveguide-type POF alcohol sensor by utilizing a novolac resin that swells in response to alcohol as the cladding, thereby exploiting the resulting refractive index change. PMMA is used as the core polymer, but to prevent alcohol absorption by PMMA, a PS protective layer was introduced. Experimentally, it was confirmed that the PS protective layer effectively prevents alcohol absorption. Sensitivity enhancement was achieved by adding an appropriate amount of copper phthalocyanine as a dye to the swelling cladding layer. The dye addition improved sensitivity by absorbing transmitted light during the leaky mode. In conclusion, the effectiveness of the protective polymer layer and the potential for sensitivity improvement through dye doping were demonstrated, contributing to the high performance of the POF alcohol sensor.

Free Research Field

計測工学，光ファイバセンサ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、飲酒運転取締用などに半導体式アルコールセンサが広く用いられている。しかし、半導体センサは環境の影響を受けやすくアルコール以外のガスにも反応するため利用できる範囲が限定されている。環境の影響を受けない新たなアルコールセンサの一つとして光ファイバセンサが提案されているが、その多くはガラスファイバ型のためコストが高く、取り扱いが容易でなく、またアルコール選択性に問題がある。本研究は安価で取り扱いの容易なプラスチック光ファイバ(POF)型センサを用いた環境に依存しない簡便で実用可能なアルコールの光学的センシングの実現の可能性を示したところが意義が高いと思われる。