|
طراحی حسگر پوستی فشار مبتنی بر تشدید پلاسمون سطحی براساس تغییرات توری گرافنی
|
| مرتضی منصوری*، علی میر، علی فرمانی |
| گروه برق- الکترونیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان |
|
|
چکیده: (94 مشاهده) |
مقدمه: در این مقاله یک حسگر فشار، قابل نصب روی پوست بدن، براساس تشدیدگرهای پلاسمون سطحی (SPR) مبتنی بر گرافن ارائه شده است. در ساختار پیشنهادی لایه توری گرافنی، روی بستر SiO2، باعث تحریک پلاسمون‌ها در یک طول موج خاص می‌شود که نتیجه تغییر در دوره تناوب توری به علت وجود فشار خاصی در بدن است. شبیه‌سازی‌ها در دو بخش مکانیکی، با روش FEM، و پلاسمونیکی با روش FDTD، انجام پذیرفته است. تغییرات فشار در بخش مکانیکی، در محدوده صفر تا 300 میلی‌متر جیوه بوده که در ادامه نیز طول موج متناسب با هر فشار تعیین شده است. به‌عبارت دیگر با برقرار ارتباط بین نتایج هر بخش، طول موج منحصر به فردی برای هر فشار مشخص شده است. پاسخ سریع، تکرارپذیری، قابلیت توسعه اندازه‌گیری پارامترها، وسیع بودن محدوده تغییرات فشار، از مزایای این حسگر هستند.
روش بررسی: روش بررسی شبیه‌سازی عددی بوده که روش عددی FDTD برای بخش پلاسمونیک و از روشFEM برای بخش مکانیکی استفاده شده است. از نرم‌افزارهای Lumericalو MATLAB برای محاسبات پلاسمونیکی (FDTD) و نرم‌افزار Comsol برای محاسبات فشار (FEM) استفاده شده است. نتایج مربوطه، اعم از پاسخ‌‌های طیفی، انعکاس، بازتاب و جذب با کد نویسی محاسبه و مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
یافته‌ها: در محدوده فشار بدن روی تغییرات بالاتر و پایین‌تر از حد طبیعی (mmHg 120) جابجایی طول موج تشدید به‌خوبی مشاهده شده است. این تغییرات برای محدوده طول موجی 9500-700 نانومتر اتفاق می‌افتد که نتایج به‌دست‌آمده بخوبی این موارد را نشان می‌دهد. با اعمال مشخصات لایه‌ها، میزان تغییرات از نظر ساختار مکانیک برای محدوده مورد نظر محاسبه شده است. جابجایی مد نظر در مقیاس نانو است که با ایجاد ارتباط میان نتایج ساختار مکانیکی و پلاسمونیکی، طول موج تشدید مختص هر فشار محاسبه شده است.
نتیجه‌گیری:استفاده از حسگرهای پلاسمونیکی فشار بر اساس سازوکار SPR، حساسیت و انتخاب‌کنند‌گی بالایی برای تشخیص فشار ارایه می‌کنند. سهولت در استفاده، سادگی ساختار، برنامه‌پذیر‌بودن و قابلیت اندازه‌گیری دیگر پارامترها از خصوصیات بارز ستفاده از این حسگر است. قرار گرفتن این حسگر بر روی شریان بدن قابلیت کنترل فشار را فراهم می‌کند، که برای بیمارانی که از نظر فشار تحت مراقبت هستند بسیار کاربردی و مفید است.
|
|
| واژه‌های کلیدی: حسگر فشار پوستی، تشدید پلاسمون سطحی، انعکاس خروجی، حساسیت، توری گرافنی. |
|
|
متن کامل [PDF 913 kb]
(33 دریافت)
|
آموزشی: پژوهشي |
موضوع مقاله:
عمومى
دریافت: 1402/2/9 | پذیرش: 1402/2/10 | انتشار: 1402/2/10
|
|
|
|
|
|
|
| ارسال پیام به نویسنده مسئول |
|
|
