[發明專利]光纖氫氣傳感器

有效

• 申請號: 201410160731.2
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103940780A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 王閔;許明耀;孫運周
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 深圳市興科達知識產權代理有限公司 44260
• 代理人: 王詩捷

技術領域

本發明涉及氫氣檢測技術，特別地，涉及一種光纖氫氣傳感器及其制作方法。

背景技術

氫氣是一種重要的工業原料，在石油化工、電子工業、冶金工業、食品加工等方面有著重要的應用；同時，氫氣作為一種新型能源，不僅清潔環保，并且具有豐富的來源，因此氫氣在新能源領域的地位也日益重要。不過，氫氣容易發生泄露，且當空氣中的氫氣濃度達到4%以上時遇到明火即可導致爆炸，因此，在氫氣的運輸、儲存和工業生產及使用過程中，對環境的氫氣濃度檢測是一項非常重要且必要的工作。

光纖氫氣傳感器由于可以具有安全和實時監測的優點，被廣泛地應用到氫氣濃度檢測。目前，光纖氫氣傳感器主要有三類，分別是干涉型光纖氫氣傳感器、微透鏡型光纖氫氣傳感器和布拉格光柵型光纖氫氣傳感器。

傳統的干涉型光纖氫氣傳感器是將入射光纖和反射光纖分別固定在玻璃套管的兩端形成法布里-珀羅(Fabry-Perot,F-P)干涉腔，在玻璃套管的表面鍍設氫敏感膜，比如鈀(Pd)膜。上述干涉型光纖氫氣傳感器主要利用氫敏感膜吸收氫氣體積膨脹的特性改變干涉腔長度，從而實現對氫氣濃度的檢測。不過，由于上述干涉型光纖氫氣傳感器的氫敏感膜在直接鍍設在玻璃套管的外部，其容易受到外界環境的影響，比如，外界污染可能降低所述氫敏感膜的吸收氫氣體積膨脹的特性，從而導致所述干涉型光纖氫氣傳感器的氫氣濃度檢測靈敏度和精確性降低。

發明內容

本發明的其中一個目的是為了改進現有技術的上述缺陷而提供了一種光纖氫氣傳感器；

本發明的另一個目的是提供一種采用所述光纖氫氣傳感器的氫氣濃度檢測系統；

本發明的又一個目的是提供一種所述光纖氫氣傳感器的制作方法。

本發明提供的光纖氫氣傳感器，包括第一光纖、第二光纖和氫敏感膜，其中，所述第一光纖包括光纖微腔結構和微型進氣孔，所述光纖微腔結構形成在所述第一光纖的末端，所述微型進氣孔從所述第一光纖的末端表面延伸到所述光纖微腔結構的內部，所述第二光纖連接到所述第一光纖的末端，且其端面覆蓋所述光纖微腔結構的開口，所述氫敏感膜設置在所述光纖微腔結構的內壁。

在本發明提供的光纖氫氣傳感器的一種較佳實施例中，所述光纖微腔結構為沿所述第一光纖的纖芯開設的微型腔體，所述微型腔體作為收容氫氣的微氣室。

在本發明提供的光纖氫氣傳感器的一種較佳實施例中，所述第一光纖和所述第二光纖分別作為入射光纖和反射光纖，且在所述光纖微腔結構所在的區域，所述第一光纖的纖芯被完全移除；所述光纖微腔結構的底面作為第一反射面，而所述反射光纖的端面作為第二反射面，所述光纖微腔結構和所述第一反射面及所述第二反射面構成一個法布里-珀羅干涉腔。

在本發明提供的光纖氫氣傳感器的一種較佳實施例中，所述第二光纖的端面還設置有高反射膜。

在本發明提供的光纖氫氣傳感器的一種較佳實施例中，所述第一光纖和所述第二光纖分別作為入射光纖和透射光纖，且在所述光纖微腔結構所在的區域，所述第一光纖的纖芯只被部分移除，而另一部分纖芯保留；其中，所述第一光纖的入射光一部分直接通過所述第一光纖保留的纖芯而生成第一透射光，而另一部分通過所述光纖微腔結構而生成第二透射光，并與所述第一透射光形成馬赫-曾德干涉。

本發明提供的氫氣濃度檢測系統，包括光源、光譜儀和如上所述的光纖氫氣傳感器，其中所述光源和所述光譜儀分別耦合到所述光纖氫氣傳感器。

本發明提供的光纖氫氣傳感器的制作方法，包括：提供第一光纖，并在所述第一光纖的末端形成光纖微腔結構；在所述光纖微腔結構的內壁形成氫敏感膜；在所述第一光纖的末端制作微型進氣孔，所述微型進氣孔從所述第一光纖的表面延伸到所述光纖微腔結構；提供第二光纖，并將所述第二光纖與所述第一光纖的末端相互熔接，以使第二反射光纖的端面覆蓋所述第一光纖的末端的光纖微腔結構。

本發明提供的光纖氫氣傳感器的制作方法的一種較佳實施例中，所述光纖微腔結構是采用飛秒激光微加工工藝或者深紫外激光微加工工藝在所述第一光纖的末端沿所述第一光纖的纖芯方向加工而成。

本發明提供的光纖氫氣傳感器的制作方法的一種較佳實施例中，所述氫敏感膜是采用磁控濺射工藝或者真空鍍膜工藝在所述光纖微腔結構的內壁制作而成。

本發明提供的光纖氫氣傳感器的制作方法的一種較佳實施例中，所述微型進氣孔是采用飛秒激光微加工工藝或者深紫外激光微加工工藝在所述第一光纖的末端表面沿與所述第一光纖的纖芯相垂直的方向加工制作而成。