[实用新型]一种光纤氢气传感器

说明书

技术领域

本实用新型提供了一种光纤氢气传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

氢气是一种情结能源，是一种重要的化学原材料，而且它现在已经被广泛的应用于许多工业领域。由于光纤氢气传感器具有一些非常好的特点，比如：固有的安全性，体积小，反电磁干扰。所以，它已经成为一个科研问题，其中最典型的就是FBG氢气传感器。由于它的波长具有可倍增的能力，所以可以实现分布式测量。另一个优点就是FBG很容易实现温度补偿，这样就可以避免光源密度变化所带来的影响，从而提高传感精度。

大多数的FBG光纤氢气传感器的响应时间较长，只有在低温和高湿度的环境中才能获得很短的响应时间。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种光纤氢气传感器。该装置能够在任何浓度的氢气下监控氢气泄露，也可以用于在空气中测量低浓度的氢气。具有高精度，高可重复性。

本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型提供了一种光纤氢气传感器，其特征在于：由LED光源(1)、2×1的3dB耦合器(2)、镀有WO₃／Pt薄膜FBG(3)、光谱分析仪(4)和气室(5)组成；3-dB耦合器(2)一边的两个端口分别与LED光源(1)及光谱分析仪(4)相连接，3-dB耦合器(2)的另一端与镀有WO₃／Pt薄膜FBG(3)相连，镀有WO₃／Pt薄膜FBG(3)放置于气室(5)中。本发明具有高精度，可重复性，能够在任何浓度的氢气下监控氢气的泄露情况，也可以用于在空气中测量低浓度的氢气。镀有WO₃／Pt薄膜FBG(3)中Pt的比重为5％～10％。

本实用新型的工作原理是：FBG的中央波长λ_B和温度变化ΔT之间的关系可由以下表达式表示：Δλ_B＝(α+ξ)ΔT·λ_B.其中α表示膨胀系数(对于硅而言，α大约为0.55×10^-6／℃)，对于中央波长为1550nm的FBG而言，在室温下，它的温度灵敏度大约为14pm／℃，周围温度可以改变光栅线距(∧)通过热扩散(Δ∧＝α·∧·ΔT)，它同样也可以改变FBG有效的折射率n_eff。通过光热效应n_eff＝ξ·n_eff·ΔT。所以，由于温度变化而引起的波长的改变主要归因于光热效应。

本实用新型的有益效果是：该传感器基于带有Pt的WO₃层的传感器。它可以用于分布式测量氢气的泄露情况，具有高精度和好的可重复性。

附图说明

图1是本实用新型的光纤氢气传感器特征装置示意图；

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：

参见附图1，一种光纤氢气传感器：其特征在于由LED光源(1)、2×1的3dB耦合器(2)、镀有WO₃／Pt薄膜FBG(3)、光谱分析仪(4)和气室(5)组成；3-dB耦合器(2)一边的两个端口分别与LED光源(1)及光谱分析仪(4)相连接，3-dB耦合器(2)的另一端与镀有WO₃／Pt薄膜FBG(3)相连，镀有WO₃／Pt薄膜FBG(3)放置于气室(5)中。镀有WO₃／Pt薄膜FBG(3)中Pt的比重为6.5％。

当单位体积内氢气的浓度为1％时，FBG1、FBG2、FBG3的波长移动分别为15nm，22nm，18nm.当单位体积内氢气的浓度为4％时，相应的波长移动分别为88pm，140pm，115pm。