T E L KO M NIK A , V ol . 17 No. 4,  A ug us t   20 1 9,  p p.1 966 ~1 972   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0 accr ed ited   F irst  Gr ad e b y K em en r istekdikti,  Decr ee  No: 2 1/E/ K P T /20 18   DOI:   10.12928/TE LK OM N IK A .v 1 7 i 4 . 12769      19 66       Rec ei v ed   Dec e mb er  16 20 1 8 ; R ev i s ed   A pri l  5 20 1 9 A c c ep ted   A pril  29 ,  20 1 9   Discre te  li qu i d l e v e l fib er se n so r       M u h amm ad Y u sof   M o h d   No o r * A h m ad S h ar mi  A b d u lla h A s r u l   Iz am   A z mi   M o h d   Hanif f  Ibra h im, M o h d   Rashid S ali m ,   No r az an  Kass im   Sc h o o l   o E l e c tri c a l   E n g i n e e ri n g Fa c u l ty  o f  En g i n e e r i n g ,  Un i v e rs i t i   T e k n o l o g i  M a l a y s i a ,   UTM  Sk u d a i 8 1 3 1 0 J o h o r,  M a l a y s i a   *C o rre s p o n d i n g  a u th o r,   e - m ail y u s o fn o r@f k e . u tm .m y       Ab strac t     n o v e l   s i m p l e   fi b e r s e n s o r   to   s e n s e   l i q u i d  l e v e l   i s   p re s e n te d Th e  o p e ra ti o n   p r i n c i p l e  i s   b a s e d   o n   th e   re l a ti v e   Fre s n e l   re fl e c t i v e   i n te n s i t y Th e   s e n s o c o n s i s t s   o a   fi b e s p l i tt e wit h   th e   c o n fi g u ra ti o n   o o n e   i n p u t   to   m u l t i p l e   fi b e o u tp u ts i .e 1 ×4 ,   1 ×8   a n d   1 ×1 2   a rra n g e m e n t s   th a a c a s   a   d i s c r e te   l i q u i d   l e v e l .     b ro a d b a n d   s o u r c e   (BBS)  i s   u s e d   a s   th e   l i g h s o u r c e   s u p p l y T h e   t o ta l   re f l e c te d   p o wer  i n t e n s i ty   i s   m e a s u re d   u s i n g   a   p o w e m e te r.  Ex p e ri m e n ta l   re s u l ts   s h o t h a th e   p o wer  i n t e n s i ty   d e c r e a s e s   a s   th e   l e v e l   o l i q u i d   i s   i n c re a s e d T h e   s e n s o h a s   a   s i m p l e   c o n fi g u ra ti o n ,   l o c o s t a n d   i c a n   b e   c u s to m i z e d   fo a   wid e   h e i g h m e a s u re m e n r a n g e  s p a n n i n g  f ro m  a  f e w c e n t i m e te rs  u p  t o   a  h u n d re d  m e te r s .       Key w ords e n v i r o n m e n ta l  a p p l i c a ti o n s fi b e r  s p l i tt e r,  Fre s n e l   re fl e c ti o n l i q u i d  l e v e l  s e n s o r,  r e fl e c te d   p o wer       Copy righ ©  2 0 1 9   Uni v e rsi t a s  Ahm a D a hl a n.  All  rig ht s  r e s e rve d .       1.  Int r o d u ctio n   Li q ui d - l e v e l   s en s i ng   i s   a   r e qu i r em en i n   v ario us   areas   of   ap pl i c ati on s   i w h i c ac c urate   k no w l e dg of   the   l i q ui v o l um i s   es s en ti a l f or  ex a m pl e,  i f ue l   s tora ge   s y s te m ,   the   he i g ht  of   wate r   c ol um i da m s i nd us tr y   c h em i c al   proc es s i ng   an r es ea r c of   ec ol og i c al   en v i r on m en t.  W i de   r an ge s   of   l i qu i d - l ev el   s e ns i n t ec hn i qu es   ba s ed   o e l ec tr on i c op t i c al   an u l tr as on i c   m eth od s   ha v be en   r e po r te d.  E l ec tr on i c   an u l tr as on i c   l i qu i d - l e v e l   s en s ors   are   w i de l y   em pl o y ed   bu th ei r   ap pl i c ab i l i t y   i s   c om pro m i s ed   s ho ul th l i qu i to  be   m on i tore i s   c on du c t i v or  i f     the   en v i r on m en i s   po te nti a l l y   ex p l os i v a nd   pro ne   to  l i gh t ni ng   s tr i k es B es i d es   tha t,     the   c orr os i on   r es i s tan c of   the s s en s or  t y p es   i s   no r m al l y   l o w   i ex tr em en v i r o n m en ts O pti c al   f i be r   s en s ors   of f er  s ev eral   ad v an t ag es   as   c om pa r ed   to  ot he r   tec h no l og i es   i t erm s   of   the i r   r el at i v el y s m al l   s i z e,  l i gh t wei g ht,   h i g s urv i v ab i l i t y   i n   ex tr em en v i r o nm en ts i ne x i s ten c e   of  el ec tr i c a l   s i gn al   at   the   s e ns or  he ad ,   i m m un i t y   f r om   el ec tr om ag ne ti c   i nt erf erenc e,  h av i n a   r em ote   di s tan c be t wee s i gn al   g en era ti o an de t ec ti on po s s i b i l i t y   of   m ul ti p l ex i ng   as   w e l l   as   de m on s tr ati ng   h i gh   s e ns i t i v i t y T he r ef ore,  s ev eral   o pti c al   f i be r   l i qu i l e v el   s e ns ors   wi th  d i f f erin ap pro ac he s   h av b ee n   ex t en s i v el y   de v e l op ed   an a p pl i ed   i nc l ud i ng   l i q ui d   l ev el   s en s or  ba s e d   on   t he   f i be r   grat i ng   [ 1 - 4],   f i be r   i nt erf erom etry   s en s i ng   [ 5 - 7],   m ul ti m od i nte r f erenc ( MM I)   s c he m e [ 8 - 10 a nd  f i b er be nd  c on f i g urati on  [ 11 12].   Ho w e v er,  i c on s i de r at i on   of   the   F B G   s en s or,  h i gh   i m pl e m en tat i on   c os i s   n e ed ed   r es ul ti ng   f r om   the   r eq ui r e m en f or  the   i nte r r og ati on   un i an d   c om pl i c ate d   p ho to en gra v i ng   f ab r i c ati o of   t he   s e ns or  h ea d.   O the   ot he r   ha n d,  al tho u gh   the   i nte r r og ati on   u ni t   i s   r e l at i v el y   i ne x p en s i v f or  f i be r   be n l e v e l   s en s or  tha i s   ba s ed   on   op t i c al   l i g ht  i nte ns i t y f ab r i c ati on   of   the   s en s or  he ad   i s   pro hi bi t i v el y   d i f f i c ul as   i r eq u i r es   a   t ed i ou s   proc e du r e   an c om pl i c a ted   s en s or  pa c k ag i ng   i n   ord er  t m ai nt ai n   th r i gh t   b en d i n f i b er  s tr uc ture  of   s ai s e ns or.  M MI  f i b er  b as ed   s en s ors     pro v i de   an o the r   a l terna ti v e   i n   m ea s urin l i qu i l e v e l   y et   th r eq ui r em en f or  c he m i c al   etc hi n or  po l i s h i ng   to  i nc r ea s th ei r   s e ns i t i v i t y   es p ec i al l y   i f   th r ef r ac ti v i nd ex   of   the   targ ete l i q ui i s   l es s   tha t he   r ef r ac ti v i nd ex   of   the   f i be r   i s   s erio us   l i m i tat i on T he   m aj or  drawbac k   s ha r ed   b y   t he   pre v i o us l y   d es c r i be op t i c al   f i b er  s en s ors   i s   tha t   th e y   are  i nh eren tl y   de s i gn ed   t on l y  c at er f or a s m al l  r an ge , g en eral l y   i n m i c r o m ete r s   or c en ti m et ers .   In  th i s   art i c l e,   w e   de m on s tr ate   s i m pl l i q ui l e v el   s e ns or  uti l i z i ng   f i b er  s pl i tt er  ba s ed   on   the   F r es n el   r ef l ec ti o ph e no m en a.  T he   s en s or  i s   ba s ed   on   f i b e r   s pl i tte r   wi th    the   c on f i g urati on   of   on i n pu to  m ul ti pl ou tpu ts i whi c t he   f i be r - e nd   of   the   ou tp uts   are  c ut  f l at  an f un c ti on s   as   di s c r ete   l e v e l   of   l i qu i d.  T he   de r i v at i on   of   r el at ed   th eo r y   a n ex pe r i m en tal   wor k   pe r tai n i ng   to  t hi s   ha v be en   i nc l ud e d.  S i nc th i s   s en s or  po s s es s es   s ev er al   a dv an t ag es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       Di s c r ete  l i q ui d  l ev e l  f i be r  s e ns o r  ( Mu h am m ad   Y us of  M oh d N oo r )   1967   na m el y   c us tom   r an ge   s pa nn i ng   f r om   f ew  c en t i m ete r s   to  hu n dreds   of   m ete r s ,   s i m pl d es i gn l o w   c os t,   an g oo s en s i ti v i t y ,   i t   c ou l pr ov i de   be tte r   pe r f or m an c f or  m an y   a pp l i c ati on s   as   c o m pa r ed   t i ts   pe ers es p ec i al l y   i ag gres s i v e   en v i r o nm en ts   ap pl i c ati on s   s uc h   as   oi l   an d   ga s   ex pl orat i o n,  s tora ge   s y s t em  of  f l a m m ab l e l i qu i d a nd  r es erv o i r   w at er l e v e l  m on i tori n g.       2.  Re se a r ch M eth o d   T he   propos ed   l i qu i l e v e l   s en s or  i s   m ad up   of   s i ng l m od f i be r   s pl i tt er  wi th  a   c on f i gu r at i on   of   on i np ut  t m an y   o utp uts e.g 1 × 4,  8 ,   or   1 × 12   arr an g em en t.  T he   s p l i tte r   i s   al s c on f i gu r e t ha v e   eq ua l l y   d i s tr i b ute p o w er   at   a l l   of   i ts   ou tpu ts .   O pt i c al   f i be r s   wi th   c erta i n   l en gth   ar c on n ec ted   at  th e   s pl i tt er’s   ou tpu ts   a nd   t he s f i be r s   ha v f l at  c l ea v ed   e nd   f ac et.   E ac h   of   the s f i be r s   e nd   f ac ets   i s   the f i x ed   un i f o r m l y   at  c e r tai he i gh wi t hi th m ea s urem en s i te  c orr es po nd i ng   to  d i s c r et l e v el   of   l i qu i d.  A t hi s   i n d i v i du al   f l at  c l e av ed   en f ac et,   the   F r es ne l   r ef l ec ti on   prin c i p l i s   us e t r el ati v e l y   d ete r m i ne   th c urr en l e v el   of   l i qu i d   w h en   t he   l i q ui l e v el   is   r i s i n g.  T hi s   i s   ac h i e v e b y   ac c ou nt i ng   f or  the   t ota l   r ef l ec ted   p o w er  f r om   al l   th ou t pu t   f i be r s   en f ac ets whi c h   i nc l u de   tho s e   f r o m   the   f i be r - l i q ui bo un da r i es   an f i be r - a i r   bo u nd ar i es A c c ordi n t t he   F r es n el   r ef l ec ti on   pri nc i p l [13 ] t h f r ac ti on   of   an   i nc i de nt  po w er  tha t   i s   r ef l ec ted  f r o m  a  bo u nd ar y  o f  tw di f f erent m ed i a,  or r ef l ec tan c i s  gi v e n b y :     = ( 1 2 1 + 2 ) 2     ( 1)     where   n 1   an n 2   ar t he   r ef r ac ti v e   i nd i c es   of   m ed i um   an m ed i um   r es pe c ti v e l y ,   wi th    the   i nc i de nc oc c urr i ng   at  n orm al   an gl e.  I c as of   the   propos e s en s or,  m ed i um  1  i s   the   o utp u f i be r   c ore  m ate r i al an m ed i u m   c ou l r e pres en ei t he r   th l i q ui d   or  th ai r T he r ef o r e,  ac c ordi ng   t the   F r es n el   r e f l ec ti on   pr i nc i p l e,  t he   r ef l ec t an c s ho u l b di f f erent  when   th f i be r s   en f ac et  i s   s ub m erged  i n   l i qu i d,  c om pa r ed   to   w h en   i i s   s urr ou nd ed   b y   ai r .   T hi s   i s   c orr ec prov i de d t h at  t he  r ef r ac ti v i nd ex  of  th l i q ui d a nd  a i r  i s   di s s i m i l ar.   B as ed  on  th i s  arg um en t, t h e t ot al  r ef l ec ted  po wer  f or t he  pro po s e d s en s or c o ul d t he be   de term i ne as   f ol l o w s F or  s i m pl i c i t y   pu r po s es c on s i d er  s en s or m ad up   of   f i be r   s pl i tte r   wi th  eq u al l y   di v i de d o utp u po w er s uc as  th e  on e s ho wn i n   F i g ure   1.           F i gu r 1.  T he  1 × 4   f i b er s pl i t ter bas ed  l i qu i l e v e l  s en s o r       T he  r ef l ec ted  p o w er f r om  an  i nd i v i du al  f i be r s  f l at  c l e av ed  e nd  f ac et  th a t i s  s u bm er ge i n   l i q ui d c an   be   w r i tte n a s ,     l iquid = 0 (    +  ) 2     ( 2 )     where  I 0   i s  th e i np u t p o wer   an α   i s  t he  f i b er  i ns ert i o n l os s  an d o the r   l os s es ;   when   the   en d  f ac et  i s  s urr o un de d b y  a i r , t he  r ef l ec te po w er f or an  i n di v i du a l  f i be r  be c om es ;     = 0 (    +  ) 2     ( 3 )   F l a t   c l e a v e d   e n d   f a c e t C o a t e d   S M F S M F   c o r e 1   ×   4   f i b e r   s p l i t t e r S M F Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 96 6 - 1 9 72   1968   c on s eq ue ntl y the   t ota l   r ef l ec ted   p o w er  f or  the   f i b er  s pl i t ter  ba s e l i q ui l e v e l   s en s or  c ou l be   ob t ai ne t hrou gh   s um m ati o of   the   i nd i v i du al   r ef l e c ted   po wer   f r o m   al l   f ou r   f i be r s   en f ac et.   T hi s  c an  s ub s eq u en t l y   be   w r i tte n  as ,      = ( 1 + 2 + 3 + 4 )     ( 4 )     the   c al c u l at i o of   tot a l   r ef l e c ted   po wer   f or  the   l i qu i l e v e l   s en s or  ba s e o the   1 × f i be r   s p l i t ter  c on f i gu r at i on   i nv ol v es   f i v po s s i bl s i tu ati on s T he   f i r s s i tua ti on   oc c urs   w h en   th ere  i s   no   l i qu i d   r ea c hi n g t h e f i be r s   en d  f ac et  at  t he  f i r s t l ev el In  t hi s  s i tua t i on ,  th e  to t al  r ef l ec t ed  p o w er i s ,      = 0 [ 4 (    +  ) 2 ]     ( 5 )     the  s ec o nd   s i tu ati on   en s u es   w he t he   l i qu i d   f ul l y   s u bm erges   the   f i r s l ev el   f i b er’s   en f ac et.     T he  to tal  r ef l ec ted   po w er  i s  th en  be c om es ,      = 0 [ (    +  ) 2 + 3 (    +  ) 2 ]     ( 6 )     the  th i r s i t ua t i o f ol l o w s   when   t he   l i qu i r i s es   p as s   the   s ec on l ev el   an t ota l l y   i m m ers es   the   c orr es po nd i ng  f i b er’s  en d f ac et.  T he  to t al  r ef l ec t ed  p o wer  i s  th en  b ec om es ,     2  = 0 [ 2 (    +  ) 2 + 2 (   +  ) 2 ]     ( 7 )     then ,   th f ou r th  s i tua ti o o c c urs   w he t he   l i qu i r e ac he s   an c om pl ete l y   s ub m erges   the   f i be r s   en d f ac et  a t th e t h i r d l e v el T he  to tal  r ef l ec ted   po w er  i s  no w ,     3  = 0 [ 3 (    +  ) 2 + (    +  ) 2 ]     ( 8 )     the  f i f th  s i t ua t i on   s i g ni f i es   tha t   th l i q ui h as   tot al l y   pa s s ed   th f ou r th  l e v el where   th c orr es po nd i ng   f i b er’s   en f ac et  s ho ul be   c om pl ete l y   s ub m erged.   In  thi s   s i tua ti on the   tot a l   r ef l ec ted   po wer  i s ,     4 = 0 [ 4 (    +  ) 2 ]     ( 9 )     S i m i l arl y th tot al   r ef l ec t ed   po wer   f or  s en s or  ba s ed   on   th ot he r   f i be r   s pl i tt er  c on f i gu r at i on s   c o ul d   be   ob ta i ne t hroug s i m i l ar  proc es s es A c c ordi ng l y ,   in   ( 4)  c an   be   gen er al i z ed   f or  t he   c al c u l a ti on   of   to tal   r ef l ec te po w e r   of   l i qu i l e v e l   s e ns or  b as ed   on   1 × M   f i be r  s pl i t ter as ,      = 0 [ (    +  ) 2 + ( ) (    +  ) 2 ]     ( 10 )     where k   =  0,   1,  2, …, M   i s  th e   k th   l e v e l  of  l i qu i d.   T he   ex pe r i m en tal   s et up   o f   the   prop os ed   l i q ui l ev e l   s en s or  i s   s ho w i n   F i g ure   2.    T he   s en s or  w as   s et  up   us i ng   f i be r   s pl i tte r   w i th  on e   i n pu t   to   m an y   o utp uts   c o nf i gu r ati on ,   i .e.   4 8,  and  1 × 1 2a r r an ge m en ts .   T he   nu m be r   o f i be r   s pl i tte r s   ou tpu wo ul af f ec the   r es ol ut i on   of   l i q ui l e v el   m ea s ure m en t.   T he   m ea s urem en s etu c om pris ed   of   an   am pl i f i ed   s po nta ne o us   em i s s i on   ( A S E )   l i gh s o urc w i t a   wav el e ng t of   ap prox i m ate l y   15 50   nm ,     3 - p orts   op t i c al   c i r c ul ato r   to  s ep arate   the   r ef l ec ted   l i gh f r om   tha of   the   s ou r c e an a   po wer   m ete r Li gh f r om   the   l i g ht  s ou r c i s tr an s m i tte to  the   s pl i tt er  thro ug the   c i r c ul a tor.  It  i s   t he n   s pl i t   eq ua l l y   ac c ordi n t t he   nu m be r   of   ou t pu ts   prov i de d.   T he   i n di v i du a l   s p l i l i gh the g oe s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       Di s c r ete  l i q ui d  l ev e l  f i be r  s e ns o r  ( Mu h am m ad   Y us of  M oh d N oo r )   1969   to w ard  th en f ac et  of   ea c ou tpu f i be r s   w h i c ac ts   as   the   s en s or  he a d.  It  i s   t he r ef l ec ted   ba c k   at  the   f i be r - l i q ui bo u nd ari es   or  f i be r - ai r   bo un d a r i es de p en d i n on   th po s s i bl s i tua t i o n.  T he   r ef l ec ted   l i gh t   pa s s e s   throug th s pl i tte r   on c a ga i n,  b ut  th i s   ti m t he   s p l i t ter  ac ts   as   c o m bi ne r .   It  c om bi ne s   a l l   i n di v i du al   l i gh ts   th at  arr i v ed   b ac k   f r o m   ea c s en s or  he a d.   T he   c o m bi ne l i g ht  no w   m ov es   throug t he   c i r c ul a tor  on c ag a i w h ere  i i s   r erout e to  the   po wer   me ter.  T he   po wer   m ete r   n o w   s ho w s   the   r ea d i n of   th tot al   r ef l ec ted   po wer   th at   i s   af f ec ted   b y   the   v ari ati on   of  l i q ui d  l e v e l .   T he   propos ed   s en s or  was   ex pe r i m en ted   us i ng   t hree   di f f erent  f i be r   s pl i tt er  t y p es ,   w h i c are  the   4,  1 × 8,  a nd   1 × 1 s pl i t ters T ap   wate r   w as   c ho s en   as   the   tes l i qu i wi th  r ef r ac ti v e   i nd ex   of   1 .33   a nd   the   ex p erim en w as   pe r f or m ed   i l ab orator y   wi th   a   r oo m   t em pe r atu r of     24 °  Cel s i us S MF  wi t c or m ate r i al   r ef r ac ti v e   i n de x   of   1.4 4   w as   us ed   as   th e   ou t pu f i b ers .     E ac en d   f ac et  of   th es ou t pu f i b ers   w as   f l at   c l e av ed   us i ng   no r m al   f i be r   c l ea v er  s uc as   s ho wn   i n F i g ure   2 . T hi s  f l at  c l ea v e d e n d f ac et  of  th e  S MF f orm s  th e s en s or h ea d  th a t a c ts  as  a  m i r r or to  r ef l ec t b ac k  th e l i gh ac c ordi ng   to  t he  Fr es ne l  r ef l ec t i on  pri nc i pl e.            F i gu r 2.  T he  ex p erim en tal   s etu p f or l i qu i l e v e l  s en s or  ba s ed   on   4 f i be r  s p l i tt er       3.  Re sult a n d   A n al y s is   T he   propos ed   l ev el   s e ns or  ha s   b ee n   ex pe r i m en ted   u s i ng   t hree   di f f erent  t y pe s   o f   f i be r   s pl i tt ers .   T he   r ef l ec ted   p o w er  i n ten s i t y   of   ea c s en s or  c on f i gu r at i o w as   m ea s ured  and     the   r es ul ts   are  s ho wn  i F i g ure  3 B as e on   t he   f i gu r e the   r es u l f or  the   1 × f i be r   s pl i tt er  ba s ed   s en s or  i s   c ha r ac teri z ed   b y   f ou r   di s t i nc i n terv al   of   l i qu i d   l ev el T he   pa tte r c an   be   o bs erv ed   t be   the   s am f or  s en s ors   w i th  t he   ot he r   t y pe   of   f i be r   s pl i t t ers S en s ors   wi th  t he   1 × 8 and  12   f i be r   s pl i tt ers   ha v e   e i gh t   a nd   t wel v e   di s t i nc i n terv al s   of   l i q ui l e v e l   r es p ec ti v el y .   It   c an   be   c l e arl y   ob s erv e f r o m   the   graphs   t ha th r ef l ec ted   p o w er  i nt en s i t y   de c r ea s es   l i n ea r l y   wi th  th l ev el   of   l i q ui d.  T hi s   ph en om en on   ob e y s   t he   pri nc i p l of   F r es ne l   r ef l ec ti o tha was   ex pl ai ne b y   ( 1)  throug ( 10 ) It  c l e arl y   i n di c ate s   tha t he   f r ac ti on   of   i nc i de nt  p o w er  th at  i s   r ef l ec ted   ba c k   r ed uc es   wh en   th s en s or  he a i s   f ul l y   s ub m erged  w i t hi t he   l i qu i d.  T he   graphs   a l s s ho w   t ha   the   s en s ors i .e.   wi th  th 4 8,  and  12   f i be r   s pl i tt ers   ha v l i ne ar  r eg r es s i on   c oe f f i c i en ( R2)   of   0. 98 9 7,  0.9 83 7,   a n 0. 98 4 r es pe c ti v e l y .   T he s pro v e   th at  t he   ou tpu t   of   al l   th s e ns ors   ha v e res po ns wi th  go o d l i ne arit y .   T he   c orr el ati on   i n   F i g ure  3   ( b )   to   ( d )   wi th  r eg ards   t th h i gh es a nd   l o wes po w er  i nte ns i t y   r e ad i ng s   an d   th e   r ea d i n gs   ac h i e v ed   i F i g ure  3( a )   i s   t ha t   as   t he   s p l i tt er  o utp u i s   i nc r ea s ed w c an   s ee   tha the   h i gh es po wer   i s   de c r e as i ng   t oo   f r om   - 13   dB m   to  - 16 .5  d B m   an - 20 .4  dB m T hi s   i s   du e   to   m ore  ou tp uts   s pl i tt er  woul g i v a   m ore  l os s es E v en tu al l y   th l o w es po wer   f or  ea c of   the   s pl i tte r   b ec om de c r ea s ed   too   wi t r ef erenc to  t he   hi g he s po wer   r ea di ng .   C om m on   probl em   wi th  l i qu i l ev el   s en s or  us i ng   o the r   f i be r   b as ed   s c he m s uc as   the   F B G   a nd   i nte r f erom ete r   [2,   5]  i s   th at  th r an g of   the   l i q ui l e v e l   i s   v er y   l i m i ted   to  s ho r t   r an ge   of   a   f e w   c en ti m ete r s In  c on tr as t,  th pro po s ed   s en s or  s c he m c an   s up po r greate r   r an ge   f r o m     s ho r to  v er y   l on   up   to  f e w   m ete r s T he   r es ol ut i o of   l i q ui l e v e l   c a be   a da p tab l y   c on s tr uc ted   ac c ord i ng   to  t h t y p of   f i be r   s pl i t ter,  e .g.   4 1 × 8,  or  1 × 12   ar r an ge m en t.  It  s ho ul be   m en ti on ed     th at  t h ex pe r i m en was   c on du c t ed   wi th  th us of   v er y   s t ab l l i gh s o urc e.    A s   f or  the   c as of   u ns tab l l i g ht  s ou r c e   s uc as   the   LE D,  t he   i ns ta bi l i t y   i s s ue   c an   be   s ol v e us i ng   the   r at i m etr i c   tec h ni q ue   [ 14 15 ].  B as ed   on   t hi s   tec h ni qu e,   o ne   of   the   s pl i tte r s   ou t pu ts   1 × M   S p l i t t e r P o w e r   M e t e r 1 2 3 M C i r c u l a t o r B B S C l e a v e d   e n d   f a c e t   o f   S M F   a t   e a c h   d i s c r e t e   l e v e l   o f   l i q u i d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 96 6 - 1 9 72   1970   c an   b us e t n orm al i z e   the   t ota l   r ef l ec t ed   po wer I ad di ti o n,  i he l ps   i av oi di n u n w a nte d   s i gn a l  c o nd i ti on s  s uc h  as  f i be r  b en d i n ef f ec t. For  a  pr ac ti c al  a pp l i c at i on ,  L E D   w o ul d  t y p i c al l y   b   the  b es t c ho i c e d u e t o  i ts   l o w  c os an d  ea s y  i nte gr ati on  i a m i ni atu r e  c i r c ui t.           ( a)       ( b)         ( c )     F i gu r 3.  G r ap h o f  l i qu i l e v e l  m ea s ure m en t u s i n g t hr ee  d i f f erent f i be r     s pl i tt ers  i .e.   1 × 4,  a nd   1 × 12         F i gu r e   4   s ho w s   c om pa r i s on   of   the   d y n am i c   r an ge   f o r   s en s ors   ba s ed   on   di f f ere nt  t y p of   the   f i be r   s pl i tte r s .   T he   f i gu r de m on s tr ate s   tha t he   1 × f i be r   s p l i tt er  ba s e s en s or  ha s     the   h i g he s d y n am i c   r an ge   v al u e.  T hi s   i s   f ol l o wed  b y   s e ns ors   wi th   the   1 × an 12   fi be r   s pl i tt ers   r es pe c ti v e l y .   T he   pa tte r n   i s   du to   th i ns e r ti on   l os s   of   the   f i b er  s pl i tte r   be i ng     the   l o w es as   c om pa r ed   to  the   ot he r s   s uc as   s ho wn  i t he   s pe c i f i c at i o of   fi be r   s pl i tt ers   i n   the   i ns et  of   F i g ure  4 .   T he   l o w   i ns erti o l os s   c on tr i b ute s   to   l o w   o v eral l   l os s   f or  the   tot a l   r ef l ec ted   po w er  an he nc e   m ax i m i z es   t he   d y n am i c   r an ge   of   t he   s en s or.   T he   m ai a dv an ta ge   of   th i s   s en s or  s c he m i s   tha i c ou l pro v i d c us tom i z ati on   of   l i qu i l ev el   m ea s urem e nt  r an g up   t hu nd r ed   m ete r s   w i t s i m pl c o nf i gu r at i on   i ns te ad   of   the   c om pl i c ate p oi nt  m ea s ure m en t   s c he m em pl o y e   b y   MM I   [9 , 16 - 18 ],  U - s ha pe [ 16 , 19 ,   2 0,   21 ]   a nd   P O F   [1 7 22 ,   23,   24 ]   ba s e s en s ors S i nc e   ou r   s en s or   i s   ba s ed   o i nte ns i t y   m ea s urem en t,  i i s   s ug ge s te t h av o ne   of     the   m ul ti pl ou t pu ts   ac ti n as   the   r ef erenc s i gn a l   us i ng   the   r at i m etri c   s c he m e.  T hu s ,     the   s i g na l   err or  du to  l i g ht  s ou r c f l uc tua t i on   c ou l d   be   c om pe ns ated.   T r ea l i z prac t i c al   s etu f or  the   s e ns or  w i th  a   l o w   c os t,  the   tr an s m i tte r   of   LE i s   c ho s en   ba s e on   t he   r at i m etri c   s c he m to  c om pe ns ate   th f l un c tua ti o of   the   L E D.  A   ba r of   S MF  tha t   ac as   he ad   s e ns or  c an   be   c h an g ed   to  F C/ P c on ne c tor  [ 25 a s   th i s   c on n ec tor  ha s   a   f l at  c l e av l i k S MF  as   s h o w n   P o w e r   I n t e n s i t y   v e r s u s   l e v e l   o f   l i q u i d   o f   1 × 4   s p l i t t e r P o w e r   I n t e n s i t y   ( d B m ) L e v e l   o f   w a t e r P o w e r   I n t e n s i t y   v e r s u s   l e v e l   o f   l i q u i d   o f   1 × 8   s p l i t t e r P o w e r   I n t e n s i t y   ( d B m ) L e v e l   o f   w a t e r P o w e r   I n t e n s i t y   v e r s u s   l e v e l   o f   l i q u i d   o f   1 × 1 2   s p l i t t e r P o w e r   I n t e n s i t y   ( d B m ) L e v e l   o f   w a t e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       Di s c r ete  l i q ui d  l ev e l  f i be r  s e ns o r  ( Mu h am m ad   Y us of  M oh d N oo r )   1971   i F i gu r 2.  T he   c om bi na ti o of   l o w   c os an d   ea s y   i nte grati o of   L E a nd   F C/ P c on ne c tors   wi l l   m a k e t he  s y s tem  ha s  an   ea s y   i ns t al l at i on   an d  m ai nte n an c e.           F i gu r 4 . C om pa r i s on  of   d y na m i c  r an ge   f or al l  t y pe s  of  f i be r  s pl i tte r s   ( Ins et)  f i be r   s pl i tte r   i ns ert i o n l os s       4.  Co n clus ion   A   l o w c os an d  s i m pl e  f i be r   ba s ed  s en s or  f or det e c ti o of  l i qu i l e v e l   ha s   be en   pro po s ed   an d   de m on s tr ate d   ex pe r i m en ta l l y .   T he   s en s or  i s   b as e o f i be r   s pl i tte r   w i t t he   c on f i gu r at i o of   on i n pu to  m ul ti pl e   ou tp uts i . e.  4,  1 × 8 a nd   12   arr a ng em en ts   ac ti ng   as   di s c r ete   l i qu i d   l e v el s .   T he   to tal   r ef l ec te po w er   i n ten s i t y   was   m ea s ured  us i n p o w er   m ete r A c c ord i ng   to     the   r es u l t,  t he   l e v e l   of   l i q ui de c r ea s es   l i ne ar l y   ag ai n s the   t ota l   r ef l ec te p o w er   i nt en s i t y   whi c i s  i n - l i n wi th  th e  Fr es ne l  r e f l ec ti on   prin c i pl e.  T he  s en s or pr o v i d es  th e b en ef i of  c us tom i z a ti on  of   l i q ui l e v e l   m ea s ure m en r an ge   f r om   f ew   c en t i m ete r s   up   to  h un dre m ete r s It  c ou l be   co nf i gu r ed   ac c ordi n to   s p ec i f i c   ne ed s   es pe c i al l y   f or   l i qu i l e v el   m ea s ure m en i t he   m ete r s   r an ge T hi s   f i be r   s en s or  woul be   s ui tab l f or  hi g s tr es s   ap pl i c at i o ns   s uc as   i da m ,     f l oo d - pron e a r e as  an d  hi gh l y   v ol ati l e c o nta i ne l i q ui ds .       A c kno w ledg ement s   T hi s   w ork   i s   s up po r t ed   i pa r b y   the   UT Res ea r c U ni v ers i t y   G r an ts   ( P Y /2 01 7 /01 38 0).       Ref er en ce s   [1 ]   CAR   Día z ,   e a l L i q u i d   L e v e l   M e a s u re m e n Ba s e d   o n   FBG - Em b e d d e d   Di a p h ra g m s   W i t h   T e m p e ra tu r e  Co m p e n s a t i o n .   i n  I EEE Se n s o r s  J o u rn a l 2 0 1 8 1 8 (1 ):   193 - 200.   [2 ]   C   Su n ,   e a l .   L i q u i d   l e v e l   a n d   te m p e ra t u re   s e n s i n g   b y   u s i n g   d u a l - w a v e l e n g th   fi b e l a s e b a s e d   o n   m u l t i m o d e   i n te rf e ro m e te a n d   FBG i n  p a r a l l e l .   O p t i c a l  F i b e Te c h n o l o g y .   2 0 1 8 4 1 :   2 1 2 - 2 1 6 .   [3 ]   Y   Zh a n g ,   e a l .   Hig h   s e n s i ti v i t y   o p ti c a l   fi b e l i q u i d   l e v e l   s e n s o b a s e d   o n   a   c o m p a c M M F - HCF - FB s tru c tu re .   M e a s u re m e n S c i e n c e  a n d  T e c h n o l o g y .   2 0 1 8 29 ( 5 ) .   [4 ]   HY   Cha n g ,   e a l .   An   u l t ra - s e n s i t i v e   l i q u i d - l e v e l   i n d i c a to b a s e d   o n   a n   e tc h e d   c h i rp e d - fi b e b ra g g   g ra ti n g .   IEEE  P h o to n i c   Te c h n o l o g y  L e tt e r.   2 0 1 6 2 8 ( 3 ):  2 6 8 - 271.   [5 ]   X   L i a n g ,   e a l De te c ti o n   o f   l i q u i d   l e v e l   w i th   a n   M I - b a s e d   f i b e l a s e s e n s o r   u s i n g   fe w - m o d e   EM CF .   IEEE  Ph o to n i c  T e c h n o l o g y  L e t te r 2 0 1 5 27( 8 ):   805 - 808.   [6 ]   Dha ra VK  S i n g h .   Eff e c o f   M M s tu b   o n   th e   s e n s i ti v i ty   o a   p h o to n i c   c ry s t a l   f i b e i n t e rfe ro m te r   s e n s o r a t  1 5 5 0  n m .   O p t i c a l  F i b e r T e c h n o l o g y .   2 0 1 5 2 1 1 5 4 - 159.   0 1 2 3 4 5 6 1 × 1 2 1 × 8 1 × 4 M a x i m u m   D y n a m i c   R a n g e T y p e   o f   S p l i t t e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 96 6 - 1 9 72   1972   [7 ]   Y   Dai ,   e a l Si m u l ta n e o u s   m e a s u re m e n fo l i q u i d   l e v e l   a n d   re fra c t i v e   i n d e x   b a s e d   o n   a l l - fi b e m o d a l   i n te rf e ro m e te r .   J o u rn a l  o M o d e rn  Opt i c s .   2 0 1 3   60 (6 ):  496 - 5 0 2 .   [8 ]   Y   L i u ,   e t   a l .   R e fr a c t i v e   i n d e x   l i q u i d   l e v e l   m e a s u re m e n v i a   c o re l e s s   m u l ti m o d e   f i b e r.   IEEE   Ph o to n i c   Te c h n o l o g y   L e tt e r 2 0 1 5 2 7 (   2 0 ) :   2 1 1 1 - 2 1 1 4 .   [9 ]   JA   Lopez ,   e a l .   F i b e r - o p ti c   l i q u i d   l e v e l   s e n s o r.   IEEE  Ph o to n i c   Te c h n o l o g y   L e tt e r.  2 0 1 1 23( 2 3 ) :     1826 - 1 8 2 8 .   [1 0 ]   J EA   L o p e z ,   e a l .   Fi b e r - o p ti c   s e n s o r   fo r   l i q u i d   l e v e l   m e a s u re m e n t.   O p ti c s   L e tt e rs .   2 0 1 1 3 6 (1 7 ) :     3425 - 2 4 2 7 .   [1 1 ]   JB   Ros o l e m ,   e a l .   F i b e r   o p t i c   b e n d i n g   s e n s o f o w a te l e v e l   m o n i t o ri n g Dev e l o p m e n t   a n d   fi e l d     te s t:  A  re v i e w .   IEEE  Se n s o rs   J o u rn a l 2 0 1 3 13 (1 1 )   4 1 1 3 - 4 1 2 0 .   [1 2 ]   Y L   Hou ,   e a l .   P o l y m e r   o p t i c a l   fi b e tw i s y e d   m a c ro - b e n d   c o u p l i n g   s y s te m   fo r   l i q u i d   l e v e l   d e te c ti o n .   O p ti c s  Ex p r e s s 2 0 1 4 22 (1 9 ):  2323 1 - 2 3 2 4 1 .   [1 3 ]   Su XG   Hua n g .   Fre s n e l - re fl e c ti o n - b a s e d   f i b e s e n s o fo o n l i n e   m e a s u re m e n t   o s o l u t e   c o n c e n tr a ti o n  i n  s o l u t i o n s .   Se n s o rs   a n d  A c tu a to r s  B .   2 0 0 7 1 2 6 (2 ):   579 - 5 8 2 .   [1 4 ]   Raj a n ,   e a l .   A l l - f i b re   te m p e ra tu re   s e n s o r   b a s e d   o n   m a c ro - b e n d   s i n g l e m o d e   f i b e r   l o o p .   El e c tr o n i c s   L e tt e r s .   2 0 0 8 4 4 (1 9 ):  1 123 - 1 1 2 4 .   [1 5 ]   Q   W a n g ,   e a l .   M a c ro b e n d i n g fi b re   l o s s   fi l te r,  ra ti o m e tri c   w a v e l e n g th   m e a s u r e m e n a n d   a p p l i c a t i o n .   M e a s u re m e n Sc i e n c e  T e c h n o l o g y .   2 0 0 7 18 (1 0 ) 3 0 8 2 - 3 0 8 8 .   [1 6 ]   W   H a n e t   a l .   S i m u l ta n e o u s   m e a s u r e m e n t   o f   te m p e ra tu r e   a n d   l i q u i d   l e v e l   b a s e   o n   c o re - o ff s e t   s i n g l e m o d e m u l ti m o d e s i n g l e m o d e  i n t e rfe ro m e t e r O p ti c s  Co m m u n i c a t i o n s 2 0 1 4 321 1 3 4 - 137 .   [1 7 ]   J An to n i o - L o p e z     e a l .   W i d e   ra n g e   o p to f l u i d i c a l l y   tu n a b l e   m u l t i m o d e   i n te rf e re n c e   f i b e l a s e r .   L a s e r   Ph y s i c s 2 0 1 4 2 4 (8 ):   0 8 5 1 0 8 .   [1 8 ]   C   Su n ,   e a l .   L i q u i d   l e v e l   a n d   te m p e ra t u re   s e n s i n g   b y   u s i n g   d u a l - w a v e l e n g th   fi b e l a s e b a s e d   o n   m u l t i m o d e   i n te rf e ro m e te a n d   FBG i n  p a r a l l e l .   O p t i c a l  F i b e Te c h n o l o g y .   2 0 1 8 41 :   2 1 2 - 2 1 6 .   [1 9 ]   KSC   Ku a n g   e a l .   Rem o te   fl o o d   m o n i to ri n g  s y s te m  b a s e d   o n   p l a s t i c   o p t i c a l  f i b r e s   a n d   w i re l e s s   m o te s .   M e a s u re m e n t 2 0 1 5 ; 1 4 7 (2 ):  4 4 9 - 4 5 5 .   [2 0 ]   G o w ri ,   e a l .   D e v e l o p m e n t   o L SPR  b a s e d   U - b e n p l a s ti c   o p t i c a l   f i b e s e n s o r s .   S e n s o r s   a n d   Ac tu a t o rs  B:  Ch e m i c a l .   2 0 1 6 B 230 :   5 3 6 - 5 4 3 .   [2 1 ]   M   L o m e r e a l .   L a te ra l   p o l i s h i n g   o b e n d s   i n   p l a s t i c   o p t i c a l   fi b re s   a p p l i e d   to   a   m u l t i p o i n l i q u i d - l e v e l   m e a s u re m e n t  s e n s o r .   S e n s o r s  a n d  A c tu a to rs  A: Ph y s i c a l l .   2 0 0 7 1 3 7 (1 ):  68 - 73 .   [2 2 ]   An tu n e s ,   e a l .   L i q u i d   l e v e l   g a u g e   b a s e d   i n   p l a s ti c   o p ti c a l   f i b e r .   Se n s o rs   a n d   A c tu a t o rs   A:   Ph y s i c a l .   2 0 1 5 147 :   449 - 455 .   [2 3 ]   Y L   Hou ,   e a l .   Po l y m e o p ti c a l   fi b e tw i s te d   m a c ro - b e n d   c o u p l i n g   s y s te m   fo r   l i q u i d   l e v e l   d e t e c t i o n .   O p ti c  E x p re s s .   2 0 1 4 2 2 (1 9 ):    23231 - 2 3 2 4 1 .   [2 4 ]   N   J i n g   e a l .   Ref r a c ti v e   In d e x   Se n s i n g   Ba s e d   o n   a   Si d e - P o l i s h e d   M a c ro b e n d i n g   P l a s t i c   O p ti c a l   F i b e r .   IEEE  Se n s o rs   J o u r n a l .   2 0 1 4 15 (5 ):   2898 - 2 9 0 1 .   [2 5 ]   W J   Y o o e a l .   Fi b e r - O p ti c   Se n s o Us i n g   a n   Aq u e o u s   So l u ti o n   o f   So d i u m   Chl o r i d e   to   M e a s u r e   T e m p e ra tu r e  a n d   W a t e r L e v e l   Si m u l ta n e o u s l y .   Se n s o r s .   2 0 1 4 14 (1 0 ):   1 8 8 2 3 - 1 8 8 3 6 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.