[发明专利]温度和浓度同时测量的FBG氢气传感器及其制备方法

权利要求书

1.温度和浓度同时测量的FBG氢气传感器，包括光纤纤芯、光纤包层、光纤保护层组成的光纤，所述光纤上设置有不少于一个的FBG区域，其特征在于：所述FBG区域上设有与光纤纤芯同轴的测量区，包括长度为L1的测温区以及长度为L2的测氢浓度区，所述测温区由自内向外依次设置的快腐蚀后的FBG、金膜和PTFE薄膜层构成；所述测氢浓度区由自内向外依次设置的慢腐蚀后的FBG、聚多巴胺膜层、氢敏感膜层和PTFE薄膜层构成，其中，所述聚多巴胺膜层用于将钯离子吸附在其自身的表面，并将钯离子还原成Pd纳米粒子，快腐蚀后的光纤直径D2为9-120μm；慢腐蚀后的光纤直径D3为1-6μm；2mm≦L1L2，FBG反射中心波长1515-1580nm。

2.根据权利要求1所述的温度和浓度同时测量的FBG氢气传感器，其特征在于：其中FBG传感器的纤芯的外径d1为8-12.5μm、光纤包层的外径D1为125μm，FBG的光栅区域的长度L＝L1+L2为5-20mm。

3.根据权利要求1所述的温度和浓度同时测量的FBG氢气传感器，其特征在于：所述金膜的厚度为0.5-5μm。

4.根据权利要求1所述的温度和浓度同时测量的FBG氢气传感器，其特征在于：所述氢敏感膜层的厚度为200-500nm。

5.根据权利要求1所述的温度和浓度同时测量的FBG氢气传感器，其特征在于：所述PTFE薄膜层的厚度为10-50nm。

6.根据权利要求1所述的温度和浓度同时测量的FBG氢气传感器，其特征在于：所述聚多巴胺膜层的厚度为2-10nm。

7.一种制备如权利要求1所述传感器的方法，其特征在于包括有以下步骤：

(1)选择FBG传感单元，其参数满足，光纤纤芯的外径d1为8-12.5μm、光纤包层外径D1为125μm，FBG光栅区域长度L为5-20mm，FBG反射中心波长在1515-1580nm范围；分别在连接有FBG传感单元的单模光纤的两个尾端连接上光纤耦合器，通过光纤耦合器便于单模光纤一端与带宽光源相连，单模光纤另外一端与光栅解调仪相连；

(2)FBG光栅区域保护层的去除：将连接有光纤耦合器的FBG光栅区域保护层去除，并将去除保护层的FBG光栅区域擦洗干净备用；

(3)FBG光栅区域的腐蚀：采用蒸馏水和氢氟酸配制成光纤腐蚀剂，对清洗干净的FBG区域进行快腐蚀，快腐蚀后的FBG区域直径D2为9-120μm，快腐蚀的FBG区域长度为L＝L1+L2；采用蒸馏水、氨水和氢氟酸配制成反冲腐蚀剂对快腐蚀后的FBG区域进行慢腐蚀，慢腐蚀区域的长度为L2，慢腐蚀后FBG的直径D3为1-6μm；最后将腐蚀后的光纤清洗干净备用；

(4)测温区的制备：首先，采用磁控溅射的方法在长度为L1、直径为D2的FBG光栅区域镀上厚度为0.5-5μm的金膜；然后，采用射频溅射方法在金膜的表面涂覆一层厚度为10-50nm的PTFE薄膜，形成测温区；

(5)慢腐蚀FBG区域聚多巴胺涂敷膜的制备：将pH为8-9，浓度为4g·L-1的聚多巴胺溶液均匀地涂敷在慢腐蚀FBG区域表面，保证常温干燥后聚多巴胺膜的厚度为2-10nm；

(6)慢腐蚀FBG区域氢敏感膜的制备：首先，将涂敷有聚多巴胺的FBG区域浸泡于氯化钯溶液中，将吸附在FBG表面的钯离子还原成Pd纳米粒子并均匀的固定在聚多巴胺薄膜表面；其次，向氯化钯溶液中加入0.5-2g/L葡萄糖，使氯化钯溶液中剩余的钯离子在纳米钯催化活性点上继续还原生长，在聚多巴胺薄膜表面生长出连续致密的钯膜，钯膜为氢浓度敏感膜，其厚度为200-500nm；

(7)慢腐蚀FBG区域PTFE薄膜的制备：采用射频溅射方法在氢敏感膜的表面涂覆一层厚度为10-50nm的PTFE薄膜，从而形成测氢浓度区。