[發明專利]基于鈀金納米顆粒雙光路補償反射式光纖氫氣傳感器

在審

• 申請號: 201910235786.8
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN109827930A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 沈常宇;張崇;劉姝儀
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/01;B82Y30/00;B82Y15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了基于鈀金納米顆粒雙光路補償反射式光纖氫氣傳感器，由測試系統和參考系統，光纖束，LED光源，光電二極管和數據采集卡和計算機組成，測試系統和參考系統中的測試平臺結構采用相同的設計，并旋涂沉積同一批鈀金納米顆粒，測試氣室通入氫氣和氮氣混合氣體，期間參考系統始終密閉。LED光源出射的光信號通過光纖束分別入射兩系統并經過敏感膜反射回光纖束后，分別通過光電二極管進行光電信號轉換，得到的電信號通過數據采集卡采集，由計算機利用Lab VIEW實現對信號的濾波處理、補償運算和波形顯示。該發明在提高傳感器的穩定性并抑制漂移方面提出新理念。

技術領域

本發明屬于氫氣傳感器領域，具體涉及一種基于鈀金納米顆粒雙光路補償反射式光纖氫氣傳感器。

背景技術

隨著全球環境污染、能源短缺以及溫室效應的加劇，氫氣作為一種高效、清潔、可再生的二次能源被稱為21世紀能源體系的支柱。液氫作為火箭推進器的一種重要燃料已廣泛應用于通訊衛星、宇宙飛船、航天飛機等飛行器的運載發射。由于氫氣具有燃燒熱值高、燃燒產物無污染的特點，化石燃料、太陽能、風能、地熱能、潮汐能及核能等各種一次能源都可以轉化為氫能，從而實現能源的高效儲存和清潔使用。

然而氫氣有著很寬的爆炸范圍，在常溫常壓下，當空氣中氫氣的含量位于4%-74.5%之間時就極易引起爆炸；并且由于氫是質量最輕的元素，氫氣的擴散性比天然氣高四倍，比汽油蒸汽的揮發性高十二倍，一旦泄漏發生會很快擴散，這將嚴重威脅到人們的生命財產安全。由此可見，研究和發展實用化的氫氣傳感技術，是研究氫能、利用氫能和防止氫氣危害的首要條件。氫能經濟的快速發展，使得氫氣傳感器需要不斷的提升靈敏度、選擇性、響應時間以滿足在氫氣制造、儲存、運輸和使用等各個環節中多樣化的安全需求。

光纖氫氣傳感器因其本質安全、抗干擾能力強、信號傳輸距離遠及體積小巧等優勢，是目前各種類型氫氣傳感器中的研究熱點，在軍用民用領域都有著極大的應用前景和商業價值。其中光強調制型光纖氫氣傳感器是利用氫氣濃度改變而引起的敏感元件折射率、吸收或反射系數變化，從而使經過敏感元件的光載波信號強度得到調制改變來實現測量。這種類型的傳感器結構簡單，形式多樣，因而得到廣泛關注。

純鈀在歷經多次的吸氫釋氫循環后，鈀膜中的晶界、缺陷及與基底之間的界面處產生的局部應力會逐漸積累，并最終導致薄膜表面的缺陷、裂紋和脫層的擴展，甚至變形破裂，通過對鈀摻雜得到的鈀金納米顆粒通過實驗分析表明，鈀金納米顆粒可以有效抑制零點漂移，并且高金含量的具有更快的氫氣響應及恢復速率，由于其具有更理想的響應幅值，因此更適合高精度快速氫氣檢測。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提出了一種用于補償溫度波動的雙光路，采用液相合成法制備了5 nm 直徑的鈀金納米顆粒，并通過旋涂沉積納米顆粒實現的反射式光纖氫氣傳感器探頭，從而得到一種可以提高穩定性并抑制漂移的反射式光纖氫氣傳感器系統。