CN206146827U - 一种镀钯光纤氢气传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种镀钯光纤氢气传感器。该传感器包括单模光纤1、毛细管和单模光纤2以及钯膜，其特征在于：所述的光纤传感器是将单模光纤1、一小截毛细管与单模光纤2依次熔接而成。单模光纤2暴露的端面为光滑平面，且该面上镀有钯膜。毛细管与单模光纤的两个熔接面作为两个反射面，构成一个FP干涉仪。当钯膜吸收氢气后，其折射率减小，从而导致干涉仪的反射谱消光比发生相应变化(增大)，因而通过对反射光谱进行强度解调，可以实现氢气的浓度测量。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种镀钯光纤氢气传感器。
背景技术
氢气因其燃烧充分，易制备等特点，成为一种深受欢迎的清洁能源，应用于航天、发电等领域。同时，它又具有较宽的爆炸极限(4％-75％体积比)，使用时得十分注意其浓度变化。因此，氢气泄露检测或高精度的氢气浓度检测显得尤为重要。
光纤传感器具有抗电磁干扰和便于远距离遥感等特点，尤其是不涉及任何明火，因此安全可靠，广泛应用于各种易燃易爆场合。1984年美国Sandia国家实验室Butler和Ginley教授首次研究光纤氢敏传感技术，随后美国国家航空航天局、波音公司、马里兰大学、DCH Technologies、华盛顿大学、加拿大多伦多大学、法国的信号与仪器处理实验室和澳大利亚的新南威尔士大学等单位相继开展了此项技术的研究，多种光纤氢气传感器被设计和研制。如基于光纤布拉格光栅、光纤干涉仪、表面等离子结构，以及光纤倏逝场结构等各种光纤传感器应运而生。如Ying Wang提出通过在选择性填充的光子晶体光纤干涉仪表面涂敷Pt-loaded WO3粉末，利用氢敏粉末的热效应和光纤干涉仪较高的温度敏感特性从而实现了氢气的高灵敏度检测。但其缺点是需要应用到价格昂贵的光子晶体光纤，且其选择性填充需要应用到飞秒激光器，制备比较复杂，限制该传感器的广泛应用。Garcia和Mandelis提出将半导体激光器发出的激光通过分束器产生两束光波并分别照射在气流室中镀有钯膜的氢气敏感面和镀有铝膜的参考极板上，通过比较两束光最终的光强来实现探测氢气浓度，该方法提高了传感器对环境的适应性和测试精度。然而，这些传感器受限于光纤本身微弱的弹光效应或折射率不敏感特性，导致其氢气传感的灵敏度不高，通常都低于5nm/％(v/v)。表面等离子结构的光纤传感器具有较高的灵敏度，但是需要精确控制镀膜厚度(通常是纳米量级)，因此其制备较复杂，其使用受到一定限制。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本实用新型公开了一种镀钯光纤氢气传感器。
本实用新型所采用的技术方案是：该传感器包括单模光纤1、毛细管和单模光纤2以及钯膜，其特征在于：所述的光纤传感器是将单模光纤1、一小截毛细管与单模光纤2依次熔接而成。单模光纤2暴露的端面为光滑平面，且该面上镀有钯膜。进一步，所述的单模光纤1与单模光纤2均为通信用单模光纤，其包层直径为125微米；所述的毛细管为石英毛细管，内径为10-80微米，外径为120-150微米，其长度为4-10微米；所述的单模光纤2长度为100-300微米；所述的钯膜的厚度为10-50纳米。
本实用新型的具体工作原理是：毛细管与单模光纤的两个熔接面作为两个反射面，构成钯一个FP干涉仪，当钯膜吸收氢气后，其折射率减小，从而导致干涉仪的反射谱消光比发生相应变化(增大)，因而通过对反射光谱进行强度解调，可以实现氢气的浓度测量。
本实用新型的有益效果是：
1)传感器由单模光纤和毛细管组成，制备过程中只需使用普通商用光纤熔接机，具有成本低、制备简单的优点。
2)传感器尺寸小，具有较好的机械强度，同时方便在狭小空间使用。
3)巧妙利用H2与钯的反应，实现了氢气浓度的高灵敏度测量。
附图说明
下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图。图中：
1.单模光纤1，2.毛细管，3.单模光纤2，4.钯膜
具体实施方式
如图1，制备传感器的步骤为：第一步，将一小截毛细管和通信用单模光纤1直接熔接；第二步，将一小截单模光纤2与毛细管熔接，并将单模光纤2暴露的端面切平；第三步，在该光滑端面镀上钯膜。其特征为：所述的单模光纤1与单模光纤2均为通信用单模光纤，其包层直径为125微米；所述的毛细管为石英毛细管，内径为10-80微米，外径为120-150微米，其长度为4-10微米；所述的单模光纤2长度为100-300微米；所述的钯膜的厚度为10-50纳米。
使用时，传感器的单模光纤输入端与光纤环行器的输出端相连，该环行器的两个输入端分别与宽带光源和光谱仪相连。毛细管与单模光纤的两个熔接面作为两个反射面，构成一个FP干涉仪。当钯膜吸收氢气后，其折射率减小，从而导致干涉仪的反射谱消光比发生相应变化(增大)，因而通过对反射光谱进行强度解调，可以实现氢气的浓度测量。
Claims (2)
1.一种镀钯光纤氢气传感器，该传感器包括单模光纤1、毛细管和单模光纤2以及钯膜，其特征在于：所述的光纤传感器是将单模光纤1、一小截毛细管与单模光纤2依次熔接而成；单模光纤2暴露的端面为光滑平面，且该面上镀有钯膜。
2.根据权利要求1所述的一种镀钯光纤氢气传感器，其特征在于：所述的单模光纤1与单模光纤2均为通信用单模光纤，其包层直径为125微米；所述的毛细管为石英毛细管，内径为10-80微米，外径为120-150微米，其长度为4-10微米；所述的单模光纤2长度为100-300微米；所述的钯膜的厚度为10-50纳米。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107860491A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-30 | 华中科技大学 | 一种探针式光纤传感器及其制备方法 |
| CN109444083A (zh) * | 2018-07-23 | 2019-03-08 | 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 | 一种光纤氢气传感器 |
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