[发明专利]一种光纤氢气浓度探测装置

说明书

本发明涉及氢气探测技术领域，具体涉及一种光纤氢气浓度探测装置，包括：腔体、第一光纤、第二光纤、弹性部、钯膜，第一光纤和第二光纤分别贯穿腔体的一侧，在腔体内，弹性部固定连接第一光纤的端面和第二光纤的端面，弹性部的两端分别覆盖第一光纤的纤芯和第二光纤的纤芯，钯膜固定在弹性部上的中部，腔体上还设有进气口和出气口。应用时，钯膜吸附氢气后，改变了弹性部的形状，从而改变了弹性部的共振波长，通过共振波长的移动实现氢气浓度探测。本发明具有氢气浓度探测灵敏度高的优点。

技术领域

本发明涉及氢气探测技术领域，具体涉及一种光纤氢气浓度探测装置。

背景技术

氢能源不仅是清洁能源，而且在航天作为推进燃料具有重要的应用。氢分子的分子量小，容易燃烧和爆炸，在室温和标准大气压下，其爆炸极限为4％到74.5％。另外，由于氢分子小，也容易泄露，任何一点氢的泄露都可能造成巨大的危险。因此，针对氢的传感器至关重要。

与传统的催化法、热导法、电化学法氢传感器相比，光纤氢气传感器具有体积小、重量轻、电绝缘性、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，光纤氢气传感技术受到极大的关注。

传统光纤氢气传感器如论文《渐逝场型光纤钯膜氢气传感器的研制》(仪表技术与传感器，2008年第4期)一样，将钯膜设置在纤芯外侧，钯膜吸附氢气后，钯膜的折射率发生变化，从而改变了光纤的传播特性。在该论文的光纤氢气传感器中，钯膜对纤芯中传播光的影响小，对光纤传播特性的影响小，从而使得氢气浓度探测的灵敏度低。发明专利CN111077113A公开了另外一种光纤氢气传感器，在光纤端面设置微悬臂梁，应用磁控溅射方法在微悬臂梁表面设置钯膜，通过钯膜吸附氢气，改变微悬臂梁的质量，进而改变了谐振腔的共振波长，通过该共振波长确定待测环境中氢气的浓度。在该发明专利中，光路暴露在外，容易受到外界环境的影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种光纤氢气浓度探测装置，包括：腔体、第一光纤、第二光纤、弹性部、钯膜，第一光纤和第二光纤分别贯穿腔体的一侧，在腔体内，弹性部固定连接第一光纤的端面和第二光纤的端面，弹性部的两端分别覆盖第一光纤的纤芯和第二光纤的纤芯，钯膜固定在弹性部上的中部，腔体上还设有进气口和出气口。

更进一步地，第一光纤和第二光纤在一条直线上。

更进一步地，第一光纤为单模光纤。

更进一步地，第二光纤为单模光纤。

更进一步地，弹性部为柱形。

更进一步地，弹性部的直径小于20微米。

更进一步地，弹性部的长度小于40微米。

更进一步地，钯膜的厚度小于1微米。

更进一步地，钯膜不与第一光纤接触。

更进一步地，钯膜不与第二光纤接触。

本发明的有益效果：本发明提供了一种光纤氢气浓度探测装置，包括：腔体、第一光纤、第二光纤、弹性部、钯膜，第一光纤和第二光纤分别贯穿腔体的一侧，在腔体内，弹性部固定连接第一光纤的端面和第二光纤的端面，弹性部的两端分别覆盖第一光纤的纤芯和第二光纤的纤芯，钯膜固定在弹性部上的中部，腔体上还设有进气口和出气口。应用时，待测气体从进气口进入腔体，从出气口流出腔体，弹性部为透明材料。第一光纤连接光源，第二光纤连接光探测器。光源发出宽带光谱的激光，激光依次通过第一光纤、弹性部、第二光纤，进入光探测器。光探测器测量透射光谱。钯膜吸附氢气后，改变了弹性部的形状，从而改变了弹性部的共振波长，通过共振波长的移动实现氢气浓度探测。因为弹性部的共振波长对弹性部的形状非常敏感，所以本发明具有氢气浓度探测灵敏度高的优点。另外，本发明将光路限制在弹性部中，减少了外界环境对光传播特性的影响，在氢气浓度探测领域具有良好的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明