一種基于光纖光柵的氫氣傳感器制造技術(shù)

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于光纖光柵的氫氣傳感器，包括單模光纖、FBG光柵，其特征在于：所述的傳感器中的單模光纖纖芯內(nèi)刻有FBG光柵，且使用氫氟酸腐蝕光纖光柵側(cè)面的包層使之厚度變薄，接著在其側(cè)面涂敷有Pd粉末，從而構(gòu)成光纖光柵氫氣傳感器。將單模光纖的一端與環(huán)形器的一端連接，寬帶光源、光譜儀分別與環(huán)形器的另外兩端連接。本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制備、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于光纖光柵的氫氣傳感器
本技術(shù)屬于光纖傳感
，具體涉及一種基于光纖光柵的氫氣傳感器。
技術(shù)介紹
氫氣由于其燃燒效率高、產(chǎn)物無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，與太陽(yáng)能、核能一起被稱(chēng)為三大新能源。作為一種新能源，氫氣在航空、動(dòng)力等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用；同時(shí)，氫氣作為一種還原性氣體和載氣，在化工、電子、醫(yī)療、金屬冶煉，特別在軍事國(guó)防領(lǐng)域有著極為重要的應(yīng)用價(jià)值。但氫氣分子很小，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用的過(guò)程中易泄漏，由于氫氣不利于呼吸，無(wú)色無(wú)味，不能被人鼻所發(fā)覺(jué)，空氣中含量在4％-75％范圍內(nèi)，遇明火即發(fā)生爆炸，故在氫氣的使用中必須利用氫氣傳感器對(duì)環(huán)境中氫氣的含量進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)其泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直在尋找選擇性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、能耗低、穩(wěn)定性好、制作工藝簡(jiǎn)單且易集成化的廉價(jià)氫氣傳感器。根據(jù)工作原理的不同，氫氣傳感器主要有電化學(xué)型、半導(dǎo)體型、熱電型和光纖型等幾種類(lèi)型。傳統(tǒng)的基于電學(xué)特性來(lái)工作的氫氣傳感器在在使用時(shí)可能產(chǎn)生電火花，存在引燃引爆泄漏氫氣的危險(xiǎn)，并且這類(lèi)傳感器存在對(duì)于氫氣的選擇性不強(qiáng)的缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)的氫氣傳感器相比，光纖氫氣傳感器通過(guò)光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，具有本質(zhì)安全、體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。干涉式光纖氫氣傳感器的發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)，其具有檢測(cè)精度較高、重復(fù)性好、響應(yīng)快速的優(yōu)點(diǎn)，但這種形式的傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受溫度等因素的影響，使得傳感器的精度降低。微鏡式光纖氫氣傳感器具有制作工藝簡(jiǎn)便、成本低廉并且其精度能滿(mǎn)足部分領(lǐng)域的需求，因此對(duì)于這種形式的傳感器研究較多，技術(shù)也相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟。但它只適合于點(diǎn)式測(cè)量，復(fù)用能力有限；而且它的靈敏度與響應(yīng)時(shí)間互相干擾，無(wú)法獨(dú)立優(yōu)化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)提供一種基于光纖光柵的氫氣傳感器，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制備、復(fù)用能力強(qiáng)、測(cè)量范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。本技術(shù)所采用的技術(shù)方案：一種基于光纖光柵的氫氣傳感器，其特征在于：所述的氫氣傳感器包括單模光纖，且在單模光纖纖芯內(nèi)刻有光纖光柵，再用氫氟酸腐蝕刻有FBG的單模光纖的包層，使其包層的厚度變薄，接著在其側(cè)面涂敷厚度為10-30微米的氫敏感材料Pd粉末。本技術(shù)的有益效果是：1.該氫氣傳感器使用的材料為單模光纖，具有本質(zhì)安全、免受電磁干擾、穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低、體積小和質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。2.該傳感器使用氫氟酸將刻有光纖光柵的單模光纖的側(cè)面進(jìn)行腐蝕，使得包層厚度變薄，因而它比一般的光纖光柵的氫氣傳感器的靈敏度高些。3.所述的傳感器的工作原理是：當(dāng)Pd膜暴露于氫氣環(huán)境中，氫氣分子會(huì)吸附于鈀的表面，然后，氫原子會(huì)滲入到金屬鈀內(nèi)與鈀作用生成氫化物，鈀的吸氫的化學(xué)反應(yīng)式如下所示：H2+Pd→PdHX(1)氫敏感材料Pd粉末與氫氣反應(yīng)生成PdHx，該反應(yīng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生膨脹效應(yīng)，因此受到應(yīng)力的作用光纖光柵被拉長(zhǎng)，光柵的周期會(huì)發(fā)生變化，從而布拉格波長(zhǎng)也會(huì)隨之發(fā)生變化，其數(shù)學(xué)公式表示如下：λb＝2neffΛ(2)其中：λb為光柵的布拉格波長(zhǎng)，neff為光柵的有效折射率，Λ為折射率調(diào)制的空間周期。利用光譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該氫氣傳感器的反射譜，可見(jiàn)隨著氫氣濃度的增加，反射譜的半峰全寬(FWHM)也隨之變寬，我們可以通過(guò)檢測(cè)加寬的寬度量即可確定待測(cè)氫氣的濃度。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖及具體方式對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本技術(shù)光纖光柵氫氣傳感器結(jié)構(gòu)圖；圖2是光纖光柵氫氣傳感器測(cè)試系統(tǒng)示意圖；圖3是光纖光柵氫氣傳感器的反射譜圖；圖中：1.單模光纖，2.Pd膜，3.光纖光柵，4.寬帶光源，5.環(huán)形器，6.氣室，7.光纖光柵氫氣傳感器，8.光譜分析儀。具體實(shí)施方式如圖1所述的基于光纖光柵的氫氣傳感器，其制備流程為：將單模光纖的涂覆層除去，接著用飛秒激光器在單模光纖纖芯內(nèi)刻光柵，再用氫氟酸腐蝕刻有光纖光柵的單模光纖，使得被腐蝕的單模光纖的包層厚度變薄，最后在其側(cè)面涂敷Pd粉末，從而構(gòu)成基光纖光柵氫氣傳感器。其中，如圖2所示將該傳感器的單模光纖的一端與光纖環(huán)形器一端連接，寬帶光源得被腐蝕的單模光纖的包層厚度變薄，最后在其側(cè)面涂敷Pd粉末，從而構(gòu)成基光纖光柵氫氣傳感器。其中，如圖2所示將該傳感器的單模光纖的一端與光纖環(huán)形器一端連接，寬帶光源和光纖光譜儀分別與光纖環(huán)形器的另外兩端連接。在進(jìn)行氫氣傳感實(shí)驗(yàn)時(shí)，將該傳感器放置在氣體室中，當(dāng)通入氫氣時(shí)，Pd粉末吸氫后會(huì)產(chǎn)生PdHX，且單模光纖會(huì)發(fā)生膨脹效應(yīng)使得光纖光柵受到應(yīng)力作用被拉長(zhǎng)，光柵的周期也會(huì)發(fā)生變化，從而布拉格波長(zhǎng)也會(huì)隨之發(fā)生變化，使光纖光柵的中心波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，利用光譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣傳感器的光譜圖，隨著氫氣濃度的增加，可見(jiàn)反射譜的半峰全寬也隨之變寬，我們可以通過(guò)檢測(cè)加寬的寬度量即可確定待測(cè)氫氣的濃度。該傳感器比一般的氫氣傳感器靈敏度高些，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、易制備、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于光纖光柵的氫氣傳感器，其特征在于：由寬帶光源、光譜儀、環(huán)形器、氣室和涂敷有Pd粉末的光纖光柵傳感器構(gòu)成氫氣傳感測(cè)量系統(tǒng)；寬帶光源的輸出端與環(huán)形器的一端相連，環(huán)形器的其中一個(gè)輸出端與處于氣室內(nèi)涂敷有Pd粉末的光纖光柵傳感器相連，另一個(gè)輸出端與光譜儀相連。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于光纖光柵的氫氣傳感器，其特征在于：由寬帶光源、光譜儀、環(huán)形器、氣室和涂敷有Pd粉末的光纖光柵傳感器構(gòu)成氫氣傳感測(cè)量系統(tǒng)；寬帶光源的輸出端與環(huán)形器的一端相連，環(huán)形器的其中一個(gè)輸出端與處于氣室內(nèi)涂敷有P...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李萍，徐賁，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)計(jì)量大學(xué)，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：浙江,33