[实用新型]一种测量氢气浓度的光纤型传感器

说明书

技术领域

本实用新型提出了一种测量氢气浓度的光纤型传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

氢气浓度的检测有很大的应用领域，如产业制造、冶金、航空航天，因此吸引了很多人对该项技术的研究，在传统的氢气传感中，用的是电化学方法来检测氢气，因为该技术可以提供很好的精度以及稳定性，但是在一些特殊的环境下，例如电磁场和强腐蚀的环境中就不如光纤氢气传感器测量的数据稳定。

钯(Pd)在氢气中有良好的光学常数，在对氢气的吸收与吸附时这种金属膜对物理形变非常敏感，例如撞击、起泡、分层。当金属钯中掺杂其他的元素，如镍、金，都会使这种物理形变的敏感程度降低，在刻有光纤布拉格光栅结构的表面镀钯镍合金的传感器中，可以检测氢气，由于光纤布拉格光栅非常脆弱，因而很难应用于实际中。

三氧化钨(WO₃)是一种过渡的金属氧化物，该氧化物有很大的能级间隙E_g＝2.60-3.25eV，由于气致变色效应，使得用该材料做气体传感成为可能。WO₃本身有着很好的光学调制性，由于外界气体刺激和光波调制使得WO₃折射率和吸收特性得以改变。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种测量氢气浓度的光纤型传感器，通过生长膜的方法生成三氧化钨，利用该物质与氢气可产生可逆的化学反应，产生的化合物为深蓝色，利用物质对光谱的选择性吸收的特点，通过光电探测器来检测氢气与三氧化钨的化合强度，在三氧化钨表面喷溅铂金的目的是为使得化合反应向着正方向快速进行，起到催化的作用。不同浓度的氢气在三氧化钨表面形成不同颜色深度的化合物，光谱的光强也会随之变化，利用该特性，可以有效的，快速的检测低浓度的氢气，防止意外事故的发生。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种测量氢气浓度的光纤型传感器，其特征在于：由LED光源(1)、光纤束(2)、光电探测器(3)、计算机(4)、密闭气室(5)、气室(6)、空气瓶(7)、氢气瓶(8)、第一铂金(Pt)/WO₃薄膜(9)、第二铂金(Pt)/WO₃薄膜(10)、氮气瓶(18)组成；其中气室(6)中含有进气孔(11)和出气孔(12)，光纤束(2)分出五个端口，分别称为第一端口(13)、第二端口(14)、第三端口(15)、第四端口(16)、第五端口(17)，其中第二端口(14)与第三端口(15)连通，第四端口(16)与第五端口(17)连通，LED光源(1)连接光纤束(2)的第一端口(13)，第三端口(15)与第五端口(17)分别连接光电探测器(3)的两个检测端口，光电探测器(3)数据端连接计算机(4)，气室(6)中放入第一Pt/WO₃薄膜(9)，第二端口(14)放在第一Pt/WO₃薄膜(9)前面用于收发光信号，气室(6)的进气孔(11)连接空气瓶(7)、氢气瓶(8)和氮气瓶(18)，出气孔(12)搁置在空气中，密闭气室(5)中放入第二Pt/WO₃薄膜(10)，第四端口(16)放在第二Pt/WO₃薄膜(10)前面用于收发光信号。

所述的第一Pt/WO₃薄膜(9)、第二Pt/WO₃薄膜(10)中的WO₃薄膜通过表面沉积而成，WO₃薄膜的厚度为80nm。

所述的密闭气室(5)中的气体为空气。

所述的第一Pt/WO₃薄膜(9)、第二Pt/WO₃薄膜(10)中Pt膜的厚度为3.5nm。

所述的第一Pt/WO₃薄膜(9)、第二Pt/WO₃薄膜(10)中的Pt薄膜通过喷溅系统在WO₃薄膜表面镀Pt。