一种基于毛细管的F‑P腔光纤氢气传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于毛细管的F‑P腔光纤氢气传感器，包括单模光纤和毛细管，其特征在于：所述的传感器中的毛细管内径为50微米，长度为30‑40微米，其内部填充聚合物，且毛细管侧面涂敷有厚度为10‑50微米的三氧化钨载铂粉末，单模光纤的另一端与光纤环形器一端连接，宽带光源和光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。本实用新型专利技术具有结构紧凑、体积小、易制作和灵敏度高的特点，可应用于氢气浓度的测量。

A capillary F fiber hydrogen sensor based on P cavity

The utility model discloses a capillary F P hydrogen sensor based on optical fiber, including single-mode fiber and capillary, which is characterized in that the sensor in the capillary diameter of 50 microns, the length is 30 40 micron, the filled polymer, and the thickness of powder coated with capillary side platinum 10 50 micron tungsten trioxide, the other end is connected with a single-mode fiber optical fiber circulator at one end, the other two ends of a broadband light source and a spectrometer with optical fiber circulator connection. The utility model has the advantages of compact structure, small size, easy fabrication and high sensitivity, and can be applied to the measurement of hydrogen concentration.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于毛细管的F-P腔光纤氢气传感器。
技术介绍
随着全球环境污染、能源短缺以及温室效应的加剧，氢气作为一种高效、清洁、安全、可再生的二次能源已经在航天航空助推器、燃料电池、金属焊接等领域得到了广泛的应用，在新能源技术中有着举足轻重的地位。“氢能经济”是以氢能源为主的清洁经济，是充分利其众多的优越性质来满足人类需求所进行的氢能研发、生产、储存、运输、经营、管理等经济活动的总称。发展氢能经济是人类摆脱对化石能源的依赖、保障能源安全的永久性战略选择。氢气本身是一种易燃易爆气体，常温常压情况下，如果空气中泄漏氢气的含量在4％-75％之间，就有可能引起爆炸事故，威胁人身财产安全。因此氢气泄露的检测十分重要。氢气传感技术经过百年发展历史，到目前为止，根据氢气传感器检测原理的类型不同主要可分为接触燃烧式传感器、半导体式传感器、电化学式传感器、光学式传感器等几大类，然而目前还没有任何一种氢气传感器能完全满足所有的市场要求。传统的基于电学特性来工作的氢气传感器在各领域应用已经十分广泛，然而这类传感器的致命弱点是在使用时可能产生电火花，存在引燃引爆泄漏氢气的危险，并且这类传感器存在对于氢气的选择性不强的缺点，对于多种可燃气体如甲烷、一氧化碳等均可与之产生反应。光纤氢气传感器由于具有安全和实时监测的优点，被广泛应用到氢气浓度检测。FBG氢气传感器是基于波长调制原理，这种传感器还具备多路复用的能力，能很方便的构成光纤传感器网络。但是相应的，要进行波长位移的测量就需要复杂的技术和昂贵光纤器件，因此其制造成本高昂。基于集成光学微结构的氢气传感器，结构紧凑灵敏度高，但其制作过程复杂。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足，本技术提供一种基于毛细管的F-P腔光纤氢气传感器，其具有结构紧凑、易制作、成本低、灵敏度高等优点。本技术所采用的技术方案：一种基于毛细管的F-P腔光纤氢气传感器，其特征在于：所述的传感器由单模光纤和内径为50微米的毛细管熔接而成，且毛细管内填充聚合物，其中，毛细管的侧面涂敷有三氧化钨载铂催化剂粉末。所述的毛细管的长度为30-40微米，其侧面涂敷的三氧化钨载铂催化剂粉末的厚度为10-50微米。本技术的有益效果是：1.该氢气传感器的制备过程中只需使用普通商用熔接机将单模光纤与毛细管熔接，然后在毛细管内进行填充聚合物，最后在毛细管侧面涂敷三氧化钨载铂催化剂粉末，具有结构简单，易制备的优点。2.所使用的毛细管的腔长较短，所以该氢气传感器的灵敏度较高。3.所述的氢气传感器的工作原理是：氢气在三氧化钨载铂粉末的催化作用下与氧气发生氧化反应释放热量，使得该传感器的温度升高，随着温度的变化填充在毛细管中的聚合物受到热膨胀效应的影响从而F-P腔长度变长，导致该氢气传感器干涉谱向短波长方向漂移，因此可以通过检测干涉谱漂移量即可准确确定待测空气中氢气的浓度。附图说明下面结合附图及具体实施方式对本技术作进一步说明。图1为基于毛细管的F-P腔光纤氢气传感器的结构示意图。图2为氢气传感器测试系统示意图。图3为该传感器随氢气浓度变化的示意图。图中：1.单模光纤，2.三氧化钨载铂催化剂粉末，3.毛细管，4.聚合物，5.宽带光源，6.光纤环形器，7.光谱分析仪，8.氢气传感器。具体实施方式图1中，所述的毛细管F-P腔光纤氢气传感器，其制备流程为：将除去涂覆层的单模光纤与内径为50微米的毛细管熔接在一起，然后在毛细管内填充聚合物，最后在毛细管的侧面涂敷三氧化钨载铂粉末。如图2所示将该光纤氢气传感器与光纤环形器一端连接，宽带光源和光纤光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。在进行氢气传感实验时，当宽带光源发出的光进入传感器时，一部分光会在单模光纤与内径为50微米的毛细管熔接的端面处发生第一次反射，另一部分光会继续传播并在聚合物的端面处发生第二次反射，因此形成F-P腔，两束反射光相遇并产生干涉，相位差其中n是50微米内径毛细管中的聚合物的折射率；L是毛细管的长度；λ是光在真空中的波长；为初相位。将该氢气传感器放置在待测氢气浓度的气室内，氢气在三氧化钨载铂粉末的催化作用下与氧气发生氧化反应释放热量，从而使得传感器的温度增加，随着温度的变化填充在毛细管中的聚合物受到热膨胀效应的影响使得F-P腔长度变长，导致相位差的改变，表现在光谱仪中干涉谱发生漂移，图3为光纤氢气传感器干涉谱的示意图，A曲线为未通氢气时的原始谱，B曲线表示通入一定量氢气后的干涉谱，C曲线表示继续增加氢气浓度后的干涉谱图，可见随着氢气浓度的增加，干涉谱向波长较短的方向漂移，即观察光谱分析仪中的光谱波峰漂移量，即可实现氢气的传感测量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于毛细管的F‑P腔光纤氢气传感器，其特征在于：所述的传感器由单模光纤和内径为50微米的毛细管熔接而成，且在毛细管内填充聚合物，其中，毛细管的侧面涂敷有三氧化钨载铂催化剂粉末。

【技术特征摘要】
1.一种基于毛细管的F-P腔光纤氢气传感器，其特征在于：所述的传感器由单模光纤和内径为50微米的毛细管熔接而成，且在毛细管内填充聚合物，其中，毛细管的侧面涂敷有三氧化钨载铂催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，徐贲，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33