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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳俊逸
研究生(外文):CHEN,JUN-YI
論文名稱:改良式光纖pH值感測器
論文名稱(外文):Improved Optical Fiber pH Sensor
指導教授:張世軍
指導教授(外文):SHIH-JUNG CHANG
口試委員:林義彬賴志明
口試委員(外文):YIH-BIN LINLAI, CHIH MING
口試日期:2016-07-20
學位類別:碩士
校院名稱:銘傳大學
系所名稱:電子工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:pH值感測器比爾-朗伯定律
外文關鍵詞:pH sensorBeer – Lambert's law
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酸鹼值是衡量液體中酸鹼含量的指標,因為許多生物及化學的反應與酸鹼值有很大的關係,而酸鹼感測器被廣泛的使用於化工廠、實驗室及醫院,因此提出光纖酸鹼值感測器,利用酸鹼指示劑於不同酸鹼溶液中對光的吸收差異,達到測量液體的酸鹼值。然而使用單一酸鹼指示劑來做酸鹼值的光學測量,測量酸鹼值的範圍有限。本論文進一步提出改良的方法,利用兩種以上不同的酸鹼指示劑,提高酸鹼值測量的範圍;並實際以甲基橙與酚紅混合的指示劑來驗證,成功的提高酸鹼值測量的範圍(酸鹼值1~7),所使用的光波長為522 nm,酸鹼值在1~7的範圍,酸鹼值的變化為8.22 nW/pH。
PH value is used to specify the acidity or basicity of an aqueous solution because many biological and chemical reactions depend on suitable pH value. PH sensors are widely used in chemical plants, laboratories and hospitals, so a fiber optic pH sensor is proposed to measure the pH value of an aqueous solution. With the help of an acid-base indicator, an aqueous solution with different pH value has different absorption of light. Detecting the optical power of an aqueous solution, the pH value can be assessed. However, according to previous researches, the measurement range of pH value is limited just by using one acid-base indicator. The paper further proposed an improved method by using two more mixed acid-base indicators to enlarge measurement range of pH value. A mixed indicator of a methyl orange indicator and a phenol red indicator is successfully used to verify the research, while the wavelength of detecting light is 522 nm. The change in pH value is 8.22 nW / pH within pH 1~7.
中文摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言1
1.2 感測器簡介 1
1.2.1 互補式金屬氧化物半導體應用於酸鹼值感測系統 2
1.2.2 離子感測場效電晶體酸鹼值感測器 3
1.2.3 氧化物電極酸鹼值感測器 3
1.2.4 光纖酸鹼值感測器 4
1.3 論文架構 8
第二章 原理 9
2.1 系統檢測原理簡介 9
2.2 酸鹼值 9
2.3 酸鹼指示劑 10
2.4 光基本理論 12
2.5 比爾-朗伯定律 13
第三章 設計與製作 15
3.1 系統架構與設計 15
3.2 光纖 17
3.3 光源 18
3.4 pH Sensor 19
3.5 光頻譜分析儀 20
3.6 實驗流程 21
第四章 實驗結果與討論 22
4.1 實驗溶液製作流程 22
4.2 甲基橙溶液光吸收度測驗 22
4.3 酚紅溶液光吸收度測驗 24
4.4 混合物溶液光吸收度估算 26
4.5 混合物溶液光吸收度測驗 28
4.6 混合物光吸收度估算與測驗相關性31
4.7 混合物溶液重複性測驗 32
4.8 混合物溶液穩定性測驗 33
4.9 混合物溶液放置長時間測驗 34
4.10 混合物溶液即時與放置長時間比較 36
第五章 結論與未來研究方向 38
參考文獻 39
表附錄 41

[1] Glass electrode, [online]:https//zh.wikipedia.org/wiki/PH%E5%80%BC.
[2] Z. H. Fu, C. P. Joshi and A. H. Titus, "CMOS-based colour-change pH measure-ment system," in Electronics Letters, vol. 45, no. 22, pp. 1138-1140, October 22 2009.
[3] Y. Hu and P. Georgiou, "A Robust ISFET pH-Measuring Front-End for Chemical Reaction Monitoring," in IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, vol. 8, no. 2, pp. 177-185, April 2014.
[4] C. C. Mayorga Martinez, R. E. Madrid and C. J. Felice, "A pH Sensor Based on a Stainless Steel Electrode Electrodeposited With Iridium Oxide," in IEEE Transactions on Education, vol. 52, no. 1, pp. 133-136, Feb. 2009.
[5] B. J. C. Deboux, E. Lewis, P. J. Scully and R. Edwards, "A novel technique for optical fiber pH sensing based on methylene blue adsorption," in Journal of Lightwave Technology, vol. 13, no. 7, pp. 1407-1414, Jul 1995.
[6] T. H. Nguyen, T. Venugopalan, T. Sun and K. T. V. Grattan, "Intrinsic Fiber Optic pH Sensor for Measurement of pH Values in the Range of 0.5–6," in IEEE Sensors Journal, vol. 16, no. 4, pp. 881-887, Feb.15, 2016.
[7] F. J. F. Martin et al., "Design of a low-cost optical instrument for pH fluorescence measurements," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 55, no. 4, pp. 1215-1221, Aug. 2006.
[8] 柯崇安,(2015),光波導式pH值感測器,銘傳大學電子所碩士論文。
[9] pH值, [online]:https://zh.wikipedia.org/wiki/PH%E5%80%BC.
[10] 酸鹼指示劑(Acid-Base Indicator)的變色原理, [online]: highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=4863.
[11 蘇明德,(2015),初等量子化學,台北:五南圖書出版股份有限公司。
[12] 李昌厚,(2011),紫外可見分光光度計及其應用,台北:台灣高等教育出版社。

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