[发明专利]氢敏准分布式光纤传感器及制备方法

说明书

本发明公开了氢敏准分布式光纤传感器及制备方法，一种氢敏准分布式光纤传感器，包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层，其特征在于：所述光纤包层的外表面设置有光纤涂覆层和对氢气敏感的钯膜；所述光纤涂覆层和对氢气敏感的钯膜沿光纤轴向交替设置；本发明能快速、准确地定位氢泄漏点，其位置分辨率高，并能准确、连续、重复地监测氢浓度变化信息；本发明结构简单，制作方便，可广泛应用在化工、安防等领域。

技术领域

本发明涉及光纤传感器，特别是涉及一种氢敏准分布式光纤传感器及制备方法。

背景技术

氢气具有燃烧热值高、可再生、清洁无污染等系列优点，被认为是一种理想的清洁能源。然而，目前氢能并未得到很好的推广应用，其关键在于氢原子体积小，常温常压下密度和质量小，存贮过程中容易发生泄漏。在常温常压下，当氢气泄露到空气中浓度达到4％～75％时，已到达可爆炸状态，遇到明火、电流等极易爆炸，引发重大安全事故。因此，对氢气制造、储存、运输、应用等周界环境中氢气浓度进行实时检测，是实现氢能安全可靠普遍应用的关键。

当前用于氢气浓度检测的传感器主要有电化学、半导体和光纤传感器。其中电化学和半导体氢气传感器易受外界环境的干扰，且存在自放电导致氢气爆炸的风险。光纤传感器具有几何尺寸小、灵敏度较高、响应快、可分布式测量、安全性高及稳定性好等特点，成为检测氢气最有效的方法。

光纤氢气传感器主要包括布拉格光栅光纤氢传感器、干涉型光纤氢传感器、消逝场型光纤传感器。其中，基于相位敏感光时域反射仪(Phase Sensitive Optical TimeDomain Reflectometry,Φ-OTDR)的干涉型光纤氢传感系统，可实现对氢泄露的分布式定位，同时检测系统具有监测范围广、可隐蔽、不受地形地形貌限制等优势，成为大范围分布式氢泄露安全监测技术的最佳选择之一。虽然基于Φ-OTDR的光纤分布式氢泄漏监测系统具有上述诸多优点，但是目前关于Φ-OTDR氢泄漏检测技术，研究者们主要围绕Φ-OTDR检测系统硬件电路和软件算法方面开展研究工作，关于Φ-OTDR传感系统中分布式光纤氢传感器相关研究工作还十分缺乏。同时，当前光纤Φ-OTDR传感系统对长距离或大范围氢泄漏分布式测量的定位精度及其准确性仍较低。因此，在现有的Φ-OTDR和干涉型光纤氢传感器技术基础之上，设计一种基于Φ-OTDR的用于准确探测长距离或大范围氢泄漏的分布式光纤传感器及检测系统十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种氢敏准分布式光纤传感器及制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是：一种氢敏准分布式光纤传感器，包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层，其特征在于：所述光纤包层的外表面设置有光纤涂覆层和对氢气敏感的钯膜；所述光纤涂覆层和对氢气敏感的钯膜沿光纤轴向交替设置。

根据本发明所述的一种氢敏准分布式光纤传感器的优选方案，所述对氢气敏感的钯膜由多巴胺通过自聚合效应在光纤包层的表面形成聚多巴胺薄膜涂层，再通过还原聚多巴胺薄膜涂层表面的氯钯离子而获得对氢气敏感的钯膜。

根据本发明所述的一种氢敏准分布式光纤传感器的优选方案，所述对氢气敏感的钯膜的外表面设置有具有疏水透气性的聚偏氟乙烯涂覆层。以增强氢敏准分布式光纤传感器的防水防污、耐盐、耐酸碱、防结冰、防钯膜脱落的性能，从而提高传感器的使用寿命。

根据本发明所述的一种氢敏准分布式光纤传感器的优选方案，在塑料底板上设置凹槽，所述氢敏准分布式光纤传感器固定在塑料底板的凹槽内。以增强氢敏分布式光纤传感器的机械性能。

本发明的第二个技术方案是，一种氢敏准分布式光纤传感器的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

A、取一根单模光纤，该单模光纤包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层，在光纤包层的外表面还设置有光纤涂覆层。