Simultaneous measurement of temperature and refractive index based on fiber optic Fabry-Pérot cavity in batteries

法布里-珀罗干涉仪 光学 折射率 材料科学 光纤 索引(排版) 物理 计算机科学 激光器 万维网
作者
Qinpeng Liu,Di Yang,Danyang Wang,Meihua Xing,Bo Liu,Cheng Yan
出处
期刊:Journal of Optics [IOP Publishing]
卷期号:26 (12): 125602-125602
标识
DOI:10.1088/2040-8986/ad8c61
摘要

Abstract A Fabry–Pérot (FP) sensor for simultaneous measurement of refractive index and temperature of an all-fiber synchronous liquid based on the Vernier effect is proposed, special application for internal monitoring of lithium-ion battery electrolytes. The theoretical model of high sensitivity cascade Fabry–Pérot interferometer (PFPI) is established, the sensitivity amplification mechanism of PFPI is analyzed in detail, the perfect matching scheme for measuring the refractive index of the electrolyte inside the battery is designed according to the matching conditions of the optical path, and the corresponding sensors for simultaneous measurement of the temperature and the refractive index are fabricated. The experimental results show that the sensor has a maximum refractive index sensitivity of 15 391.5033 nm RIU −1 , a good linear fit, and can effectively monitor the refractive index change of the electrolyte by 10 −4 orders of magnitude during normal charging and discharging of lithium-ion batteries. Compared to traditional epoxy adhesive bonded or laser processed FP sensors, this all-fibre optic structure not only improves temperature and corrosion resistance, but also significantly reduces temperature cross-sensitivity. Its small size and excellent resistance to high temperature and corrosion ensure the sensor’s excellent response and broad application prospects in monitoring the refractive index of the electrolyte in 18 650 lithium-ion batteries, which provides effective technical support for monitoring the health status of batteries and detecting early safety issues.

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