Fiber Optik Fabry-Perot Akustik Sensörler için Yeni Bir Diyafram Malzemesi Olarak 2D GaSe Benzetimi

Abstract

Algılanacak akustik/basınç sinyalinin şiddet ve frekans değerine duyarlı uçlar üretmek diyafram tasarımının doğru yapılmasıyla sağlanır. Kullanılan diyafram malzemesinin hem geometrik boyutları hem de yapısal özellikleri (yoğunluk, Young modülü, Poisson oranı gibi) sensör performansını etkileyen unsurlardır. Bu durumdan ötürü literatürde farklı tipte diyafram malzemeleri araştırılmaktadır. Bu çalışmada diyafram tabanlı fiber optik FabryPerot (FP) akustik sensörlerde kilit rol oynayan diyafram performansı üzerine hesaplamalar verilmiştir. Hesaplamalarda diyafram olarak grafen benzeri iki boyutlu (2D) Galyum Selenit (GaSe) kullanılmıştır. 2D malzemeler sınıfına ait GaSe malzemesi fiber optik FP akustik sensör uç tasarımında diyafram olarak ilk defa hesaplanmış ve benzetim yoluyla sensör ucunun performansı teorik olarak elde edilmiştir. Teorik hesaplamalar ve benzetimler neticesinde 2D GaSe malzemesi fiber optik FP akustik sensör uç üretiminde diyafram olarak kullanılabileceği öngörülmüştür. Oluşturulan uçların frekans cevapları ve akustik basınca duyarlılığı teorik olarak hesaplanmış ve literatürde kullanılan diğer geleneksel malzemelerden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılarak verilmiştir. Sensör görünürlüğü ve frekansı açısından GaSe malzemesinin kullanım alanına göre alternatifler sunduğu görülmüştür.

In order to produce tips which is sensitive to the intensity and frequency of the acoustic/pressure signal suitable diaphragm design is essential. Both the geometric dimensions and the structural properties (density of material, Young's modulus and Poisson's ratio) of diaphragm materials are affecting the sensor performance. Therefore different types of diaphragm materials are being investigated in the literature.In this study, the performance of diaphragm-based fiber optic Fabry-Perot (FP) acoustic sensors is discussed. Twodimensional (2D) Gallium Selenide (GaSe) like graphene were used as diaphragms in the calculations. Family of 2D materials like GaSe was firstly calculated as diaphragm material in the fiber optic FP acoustic sensor tip design and the performance of the sensor tip was theoretically simulated. As a result of theoretical calculations and simulations, it is predicted that 2D GaSe material could be used by production of fiber optic FP sensors as a diaphragm material. The frequency responses and the acoustic pressure sensitivity of the designed tips are theoretically calculated and compared with tips produced conventional materials in the literature. In terms of sensor visibility and frequency response, it has been shown that GaSe offers alternatives depending on the field of use.