CN220854630U - 一种光纤氢气传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤氢气传感器，包括传感光纤、毛细管、传感器内壳、过滤网和传感器外壳，传感光纤的纤芯通过刻蚀形成第一光纤光栅和第二光纤光栅，第一光纤光栅和第二光纤光栅均固定在毛细管的内壁上，传感光纤的纤芯在对应于第二光纤光栅的部分包覆有钯层，毛细管上设有氢气出入通孔；传感器内壳上设有第一氢气入口和第一氢气出口，第一氢气入口处安装过滤网；传感器外壳上设有第二氢气入口和第二氢气出口；传感光纤的一端穿过传感器内壳和传感器外壳后外露于传感器外壳。本实用新型测量精度高，利用传感器内壳上的过滤网对氢气进行过滤，可过滤掉氢气中的杂质，可提高光纤光栅的测量准确度。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器领域，更具体地，涉及一种光纤氢气传感器。
背景技术
氢气作为一种清洁能源，在新能源领域中起着举足轻重的作用，尤其是燃料电池、动力汽车。但是氢气化学性质活泼，在空气中浓度范围为4～75vol％时具有爆炸的危险，极大地限制了氢气的生产、储存、运输和使用。
光纤光栅传感技术有着本质安全、抗电磁干扰能力强、测量精度高、可实现多参量、长距离、准分布式测量等优点，已被广泛应用到多个工业生产领域。
光纤氢气传感器的传感机制基于氢气被吸附到氢敏材料涂层后引起的光栅波长的改变，氢敏材料的性能直接决定氢气传感器的性能。钯(Pd)因对氢气具有可逆的吸收性和特殊的选择性而被广泛用于氢气传感器中的氢敏材料。
在测量氢气浓度过程中，光纤氢气传感器的环境温度可能会变化，光纤光栅对温度敏感，进而影响氢气的测量精确度和灵敏度；另外钯膜表面附着水分子、粉尘颗粒后，会限制氢原子的局部扩散速度，进而影响氢气的测量精确度和灵敏度。
实用新型内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种光纤氢气传感器，其测量准确且精度高。
为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种光纤氢气传感器，其特征在于，包括传感光纤、毛细管、传感器内壳、过滤网和传感器外壳，其中：
所述传感光纤的纤芯通过刻蚀形成第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅均位于所述毛细管内且所述传感光纤固定在所述毛细管的内壁上，所述传感光纤的纤芯在对应于第二光纤光栅的部分包覆有钯层，所述毛细管的侧壁上分布有氢气进出通孔；
所述传感器内壳内安装所述毛细管，并且所述传感器内壳在对应于所述氢气进出通孔的位置分别设置有第一氢气入口和第一氢气出口，所述第一氢气入口处安装所述过滤网，所述传感器内壳的内腔与所述第一氢气入口、第一氢气出口和氢气进出通孔分别连通；
所述传感器内壳安装在所述传感器外壳内，所述传感器外壳上设置有第二氢气入口和第二氢气出口,所述传感器内壳将所述传感器外壳的内腔分隔为第一内腔和第二内腔，所述第一内腔与所述第一氢气入口和第二氢气入口分别连通，所述第二内腔与第一氢气出口和第二氢气出口连通；
所述传感光纤的一端穿过所述传感器内壳和传感器外壳后外露于所述传感器外壳，并且传感光纤与传感器内壳和传感器外壳分别密封连接。
优选地，所述传感光纤对应第二光纤光栅每一端的未刻蚀部分通过胶水粘贴在所述毛细管的内壁上。
优选地，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的栅区长度均为4mm～6mm，两个光纤光栅的间距为15mm～25mm。
优选地，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅以自然松弛的状态固定在所述毛细管内。
优选地，所述毛细管的内径为0.8mm～1.2mm，外径为4mm～6mm，在毛细管的内壁设有两个凹槽，每个所述凹槽内分别填有胶水，以将传感光纤在第二光纤光栅两端的未刻蚀部分固定在毛细管上。
优选地，所述过滤网包括沿着氢气的流动方向依次布置的一层不锈钢丝网、一层颗粒过滤层、一层过滤棉和一层ePTFE疏水透气层。
优选地，所述第一氢气出口处也设置有过滤网。
优选地，所述毛细管的开口端与所述传感器内壳的内壁抵接在一起。
优选地，所述第一光纤光栅设置在所述第二光纤光栅和所述毛细管的管底和之间。
优选地，所述传感器内壳包括腔体和分隔板，所述分隔板连接所述腔体的外壁和所述传感器外壳的内壁。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本实用新型采用光纤光栅来检测氢气，测量精度高，并且利用传感器内壳上的过滤网对氢气进行过滤，可过滤掉氢气中的杂质，可提高光纤光栅的测量准确度。
2)本实用新型在对应第二光纤光栅的部位设置了钯层，而第一光纤光栅可作为温度补偿光纤光栅，消除环境温度干扰，提升传感器的灵敏度和精确度。
附图说明
图1是本实用新型提供的光纤氢气传感器的结构示意图；
图2是本实用新型中传感光纤固定在毛细管内的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1、图2，一种光纤氢气传感器，适用于泵吸式气体检测仪，该光纤氢气传感器包括传感光纤1、毛细管2、传感器内壳3、过滤网4和传感器外壳5，其中：
所述传感光纤1的纤芯通过刻蚀形成第一光纤光栅11和第二光纤光栅12，所述第一光纤光栅11和第二光纤光栅12均位于所述毛细管2内且所述传感光纤1固定在所述毛细管2的内壁上，所述传感光纤1的纤芯在对应于第二光纤光栅12的部分包覆有钯层，所述毛细管2的侧壁上分布有氢气进出通孔21；毛细管2优选采用钢管，所述毛细管2的内径为0.8mm～1.2mm，外径为4mm～6mm，所述毛细管2的内径优选为1mm，外径优选为5mm。在毛细管2的内壁设有两个凹槽，每个所述凹槽内分别填有胶水6，以将传感光纤1在第二光纤光栅12两端的未刻蚀部分固定在毛细管2上。第二光纤光栅12可采用常规的“两点式”固定方式固定在毛细管2的内壁上，即传感光纤1在第二光纤光栅12的两端的未刻蚀部分固定在毛细管2的内壁上。参照图2，是本实用新型中利用胶水6将刻蚀好的第一光纤光栅11和第二光纤光栅12以自然松弛状态固定在毛细管2内的效果示意图，首先将第一光纤光栅11和第二光纤光栅12以自然松弛状态放置在毛细管2内，然后在光纤光栅固定槽内填注胶水6将传感光纤1对应于第二光纤光栅12两端的未刻蚀部分固定。所述第一光纤光栅11用于温度补偿，所述第二光纤光栅12用于氢气浓度测量。
所述传感器内壳3内安装所述毛细管2，所述毛细管的侧壁上分布有氢气进出通孔21。所述传感器内壳3的内腔作为氢气测量腔。并且所述传感器内壳3在对应于所述氢气进出通孔21的位置分别设置有第一氢气入口31和第一氢气出口32，所述第一氢气入口31处安装所述过滤网4，以过滤氢气中的水气和颗粒，过滤网4可采用现有的多个组合在一起，只要能组合起来过滤掉水气和颗粒即可，本实用新型的所述过滤网4包括沿着氢气的流动方向依次布置的一层不锈钢丝网、一层颗粒过滤层、一层过滤棉和一层ePTFE疏水透气层。所述传感器内壳3在对应于所述第一氢气出口32的位置设置有第一氢气出口32，所述传感器内壳3的内腔与所述第一氢气入口31和第一氢气出口32分别连通。所述第一氢气出口32处也设置有过滤网4。
所述传感器内壳3安装在所述传感器外壳5内，所述传感器外壳5上设置有第二氢气入口51和第二氢气出口52,所述传感器内壳3将所述传感器外壳5的内腔分隔为两个部分，第一内腔501和第二内腔502，所述第一内腔501与所述第一氢气入口31和第二氢气入口51分别连通，所述第二内腔502与第一氢气出口32和第二氢气出口52连通。
所述传感光纤1的一端穿过所述传感器内壳3和传感器外壳5后外露于所述传感器外壳5，并且传感光纤1与传感器内壳3和传感器外壳5分别密封连接。
检测时，氢气从传感器外壳5的第二氢气入口51进入传感器外壳5的第一内腔501，然后经传感器内壳3上的第一氢气入口31进入传感器内壳3的内腔，再经氢气进出通孔21进入毛细管2内，与第二光纤光栅12处的钯层反应，第二光纤光栅12可检测出氢气，然后氢气再经氢气进出通孔21、传感器内壳3的内腔、第一氢气出口32、第二内腔502和第二氢气出口52排出传感器外壳5。将本实用新型应用于泵吸式气体检测仪上，带孔的毛细管2使氢气可以和第二光纤光栅12上的钯层充分接触和反应。本实用新型应用在泵吸式气体检测仪上后，泵吸式气体检测仪相比扩散式气体检测仪，气体流速快很多，在检测效率上也要快一些。
进一步，所述第一光纤光栅11和第二光纤光栅12的栅区长度均为4mm～6mm，优选均为5mm；两个光纤光栅的间距为15mm～25mm，优选为20mm。所述第一光纤光栅11中心波长为1540nm，第二光纤光栅12中心波长为1550nm。所述第一光纤光栅11设置在所述第二光纤光栅12和所述毛细管2的管底之间。
进一步，所述毛细管2的开口端与所述传感器内壳3的内壁抵接在一起，则氢气只能从毛细管2的氢气出入通孔21进入毛细管2，从氢气出入通孔21再出毛细管2。
进一步，所述传感器内壳3包括腔体301和分隔板302，所述分隔板302连接所述腔体301的外壁和所述传感器外壳5的内壁，分隔板302将腔体301和传感器外壳5之间的空间分隔为两部分。分隔板302可以设置在腔体301的外侧壁上，则第一氢气出口32可以设置在腔体301上。或者，本实用新型优选腔体301有敞口端然后敞口端倒扣在分隔板302上，腔体301与分隔板302密封连接，第一氢气出口32就可以设置在分隔板302上。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光纤氢气传感器，其特征在于，包括传感光纤、毛细管、传感器内壳、过滤网和传感器外壳，其中：
所述传感光纤的纤芯通过刻蚀形成第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅均位于所述毛细管内且所述传感光纤固定在所述毛细管的内壁上，所述传感光纤的纤芯在对应于第二光纤光栅的部分包覆有钯层，所述毛细管的侧壁上分布有氢气进出通孔；
所述传感器内壳内安装所述毛细管，并且所述传感器内壳在对应于所述氢气进出通孔的位置分别设置有第一氢气入口和第一氢气出口，所述第一氢气入口处安装所述过滤网，所述传感器内壳的内腔与所述第一氢气入口、第一氢气出口和氢气进出通孔分别连通；
所述传感器内壳安装在所述传感器外壳内，所述传感器外壳上设置有第二氢气入口和第二氢气出口,所述传感器内壳将所述传感器外壳的内腔分隔为第一内腔和第二内腔，所述第一内腔与所述第一氢气入口和第二氢气入口分别连通，所述第二内腔与第一氢气出口和第二氢气出口连通；
所述传感光纤的一端穿过所述传感器内壳和传感器外壳后外露于所述传感器外壳，并且传感光纤与传感器内壳和传感器外壳分别密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述传感光纤对应第二光纤光栅每一端的未刻蚀部分通过胶水粘贴在所述毛细管的内壁上。
3.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的栅区长度均为4mm～6mm，两个光纤光栅的间距为15mm～25mm。
4.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅以自然松弛的状态固定在所述毛细管内。
5.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述毛细管的内径为0.8mm～1.2mm，外径为4mm～6mm，在毛细管的内壁设有两个凹槽，每个所述凹槽内分别填有胶水，以将传感光纤在第二光纤光栅两端的未刻蚀部分固定在毛细管上。
6.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述过滤网包括沿着氢气的流动方向依次布置的一层不锈钢丝网、一层颗粒过滤层、一层过滤棉和一层ePTFE疏水透气层。
7.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述第一氢气出口处也设置有过滤网。
8.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述毛细管的开口端与所述传感器内壳的内壁抵接在一起。
9.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述第一光纤光栅设置在所述第二光纤光栅和所述毛细管的管底和之间。
10.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器，其特征在于，所述传感器内壳包括腔体和分隔板，所述分隔板连接所述腔体的外壁和所述传感器外壳的内壁。
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