[實用新型]一種光纖氫氣傳感器

有效

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• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN203658249U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉樺楠;沈常宇;魏健;路艷芳;陳德寶;褚金雷
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型提供了一種光纖氫氣傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

氫氣是一種情結能源，是一種重要的化學原材料，而且它現在已經被廣泛的應用于許多工業(yè)領域。由于光纖氫氣傳感器具有一些非常好的特點，比如：固有的安全性，體積小，反電磁干擾。所以，它已經成為一個科研問題，其中最典型的就是FBG氫氣傳感器。由于它的波長具有可倍增的能力，所以可以實現分布式測量。另一個優(yōu)點就是FBG很容易實現溫度補償，這樣就可以避免光源密度變化所帶來的影響，從而提高傳感精度。

大多數的FBG光纖氫氣傳感器的響應時間較長，只有在低溫和高濕度的環(huán)境中才能獲得很短的響應時間。

發(fā)明內容

本實用新型的目的在于提供一種光纖氫氣傳感器。該裝置能夠在任何濃度的氫氣下監(jiān)控氫氣泄露，也可以用于在空氣中測量低濃度的氫氣。具有高精度，高可重復性。

本實用新型通過以下技術方案實現：

本實用新型提供了一種光纖氫氣傳感器，其特征在于：由LED光源(1)、2×1的3dB耦合器(2)、鍍有WO₃／Pt薄膜FBG(3)、光譜分析儀(4)和氣室(5)組成；3-dB耦合器(2)一邊的兩個端口分別與LED光源(1)及光譜分析儀(4)相連接，3-dB耦合器(2)的另一端與鍍有WO₃／Pt薄膜FBG(3)相連，鍍有WO₃／Pt薄膜FBG(3)放置于氣室(5)中。本發(fā)明具有高精度，可重復性，能夠在任何濃度的氫氣下監(jiān)控氫氣的泄露情況，也可以用于在空氣中測量低濃度的氫氣。鍍有WO₃／Pt薄膜FBG(3)中Pt的比重為5％～10％。

本實用新型的工作原理是：FBG的中央波長λ_B和溫度變化ΔT之間的關系可由以下表達式表示：Δλ_B＝(α+ξ)ΔT·λ_B.其中α表示膨脹系數(對于硅而言，α大約為0.55×10^-6／℃)，對于中央波長為1550nm的FBG而言，在室溫下，它的溫度靈敏度大約為14pm／℃，周圍溫度可以改變光柵線距(∧)通過熱擴散(Δ∧＝α·∧·ΔT)，它同樣也可以改變FBG有效的折射率n_eff。通過光熱效應n_eff＝ξ·n_eff·ΔT。所以，由于溫度變化而引起的波長的改變主要歸因于光熱效應。

本實用新型的有益效果是：該傳感器基于帶有Pt的WO₃層的傳感器。它可以用于分布式測量氫氣的泄露情況，具有高精度和好的可重復性。

附圖說明

圖1是本實用新型的光纖氫氣傳感器特征裝置示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖及實施實例對本發(fā)明作進一步描述：

參見附圖1，一種光纖氫氣傳感器：其特征在于由LED光源(1)、2×1的3dB耦合器(2)、鍍有WO₃／Pt薄膜FBG(3)、光譜分析儀(4)和氣室(5)組成；3-dB耦合器(2)一邊的兩個端口分別與LED光源(1)及光譜分析儀(4)相連接，3-dB耦合器(2)的另一端與鍍有WO₃／Pt薄膜FBG(3)相連，鍍有WO₃／Pt薄膜FBG(3)放置于氣室(5)中。鍍有WO₃／Pt薄膜FBG(3)中Pt的比重為6.5％。

當單位體積內氫氣的濃度為1％時，FBG1、FBG2、FBG3的波長移動分別為15nm，22nm，18nm.當單位體積內氫氣的濃度為4％時，相應的波長移動分別為88pm，140pm，115pm。