一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，其特征在于：传感膜、多模光纤、裸光纤适配器、接头套管、分路器、分叉光纤、卤钨光源和光谱仪组成；其中在剥离涂敷层的多模光纤依次镀钛粘附层、镁钛薄膜、钯层和聚四氟乙烯层构成传感膜；使用一个超高真空射频磁控溅射系统沉积60纳米的镁钛薄膜在裂解裸露纤维的多模光纤上。为了增加纤维的韧性，防止分层，中间沉积一层3纳米薄的钛粘附层。30纳米的钯层沉积在镁钛薄膜保护这个传感层免受氧化和催化氢解离。30纳米的聚四氟乙烯层封顶保护传感层。本发明专利技术灵敏度高、抗干扰能力强、成本较低，可以应用于各类实际工程中。

A coating fiber optic hydrogen sensor based on reflectance measurement

The invention discloses a coated optical fiber hydrogen sensor based on the determination of reflection, which is characterized in that the sensing film, multimode optical fiber and bare fiber adapter, connector casing, splitter, optical fiber, tungsten halogen light source and the bifurcation in the spectrometer; stripping coating of multimode fiber in titanium, magnesium, titanium adhesion layer thin film of palladium PTFE layer and layer membrane; using an ultra high vacuum magnetron sputtering deposition system 60 nanometer magnesium titanium films on bare fiber multimode fiber on cracking. In order to increase fiber toughness and prevent delamination, a layer of 3 nm thin titanium adhesion layer is deposited in the middle. A 30 nm palladium layer deposited on a magnesium titanium film protects this sensing layer from oxidation and catalyzes hydrogen dissociation. A 30 nm Teflon layer top protects the sensing layer. The invention has the advantages of high sensitivity, strong anti-interference ability and low cost, and can be applied to various practical projects.

【技术实现步骤摘要】
一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器
本专利技术提出了一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，属于光纤传感

技术介绍
光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为测量信号载体的光波以为作为光波传播媒质的光纤，具有许多独特，许多其他材料难以比拟的优点：光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易被各种光探测器接收，方便进行光电转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。光纤传感器与传统氢气传感器相比，由于具有不受电磁干扰、灵敏度高、体积小、重量轻、可复用性强、可埋入各种结构和材料等优点而逐渐被人们所重视。其原理是光纤暴露在氢气环境中，光纤上的钯膜吸收了氢气之后，其机械性能和折射率等物理性质会发生变化，但在非氢气环境中又会恢复期本来的特性。通过传感器监测传输光的相位，光强等参数来探测氢气的浓度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器。使用一个超高真空射频磁控溅射系统沉积60纳米的镁钛薄膜在裂解裸露纤维的多模光纤上。为了增加纤维的韧性，防止分层，中间有一层3纳米薄的钛粘附层。30纳米的钯层沉积在镁钛薄膜保护这个传感层免受氧化和催化氢解离。30纳米的聚四氟乙烯层封顶保护传感层。本专利技术灵敏度高、抗干扰能力强、成本较低，可以应用于各类实际工程中。本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，其特征在于：传感膜(1)、多模光纤(2)、裸光纤适配器(3)、接头套管(4)、分路器(5)、分叉光纤(6)、卤钨光源(7)和光谱仪(8)组成；在剥离涂敷层的普通多模光纤依次镀钛粘附层(9)、镁钛薄膜(10)、钯层(11)和聚四氟乙烯层(12)构成传感膜(1)；多模光纤(2)左端连接传感膜(1)，右端连接裸光纤适配器(3)，裸光纤适配器(3)和分路器(5)中间连接接头套管(4)，分路器(5)通过分叉光纤(6)分别与卤钨光源(7)和光谱仪(8)相连。所述的传感膜(1)中的钛粘附层(9)的厚度为3纳米。所述的传感膜(1)中镁钛薄膜厚度(10)为60纳米。所述的传感膜(1)中钯层(11)的厚度为30纳米。所述的传感膜(1)中封顶钯层聚四氟乙烯层(12)的厚度为30纳米。本专利技术的工作原理是：在剥离涂敷层的普通多模光纤依次镀钛粘附层(9)、镁钛薄膜(10)、钯层(11)和聚四氟乙烯层(12)构成传感膜(1)；多模光纤(2)左端连接传感膜(1)，右端连接裸光纤适配器(3)，裸光纤适配器(3)和分路器(5)中间连接接头套管(4)，分路器(5)通过分叉光纤(6)分别与卤钨光源(7)和光谱仪(8)相连。光纤传感器能够在一定温度下测出的氢气含量。在温度为21℃，氢离子溶解浓度5-15ppm，温度为40℃氢离子溶解浓度为30ppm，60℃氢离子溶解浓度为5-130ppm，和温度为80℃氢离子溶解浓度为80-1500ppm。通过应用亨利定律，溶解氢离子的浓度与氢气压力程比例关系，假设一个平衡原料气中的氢气分压(在mbar)和变压器油的浓度(ppm)p＝kH·x(1)其中p是气压，kH是亨利定律常数，x是气体的摩尔分数，氢离子浓度的每个测量曲线由亨利定律推导出。本专利技术的有益效果是：相较于之前专利技术的光纤传感器，该装置明显提高了灵敏度。且装置简单，适用于各类变压器的应用。附图说明图1是本专利技术的一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器示意图；图2是本专利技术的在一定温度下氢气的溶解量的示意图；具体实施方式下面结合附图及实施实例对本专利技术作进一步描述：参见附图1，一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，其特征在于：传感膜(1)、多模光纤(2)、裸光纤适配器(3)、接头套管(4)、分路器(5)、分叉光纤(6)、卤钨光源(7)和光谱仪(8)组成；在剥离涂敷层的普通多模光纤(2)依次镀钛粘附层(9)、镁钛薄膜(10)、钯层(11)和聚四氟乙烯层(12)构成传感膜(1)；多模光纤(2)左端连接传感膜(1)，右端连接裸光纤适配器(3)，裸光纤适配器(3)和分路器(5)中间连接接头套管(4)，分路器(5)通过分叉光纤(6)分别与卤钨光源(7)和光谱仪(8)相连。图2是本专利技术在一定温度下氢气的溶解量的示意图；光纤传感器能够在一定温度下测出的氢气含量，在温度为21℃，氢离子溶解浓度5-15ppm，温度为40℃氢离子溶解浓度为30ppm，60℃氢离子溶解浓度为5-130ppm，和温度为80℃氢离子溶解浓度为80-1500ppm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，其特征在于：传感膜(1)、多模光纤(2)、裸光纤适配器(3)、接头套管(4)、分路器(5)、分叉光纤(6)、卤钨光源(7)和光谱仪(8)组成；在剥离涂敷层的普通多模光纤(2)依次镀钛粘附层(9)、镁钛薄膜(10)、钯层(11)和聚四氟乙烯层(12)构成传感膜(1)；多模光纤(2)左端连接传感膜(1)，右端连接裸光纤适配器(3)，裸光纤适配器(3)和分路器(5)中间连接接头套管(4)，分路器(5)通过分叉光纤(6)分别与卤钨光源(7)和光谱仪(8)相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，其特征在于：传感膜(1)、多模光纤(2)、裸光纤适配器(3)、接头套管(4)、分路器(5)、分叉光纤(6)、卤钨光源(7)和光谱仪(8)组成；在剥离涂敷层的普通多模光纤(2)依次镀钛粘附层(9)、镁钛薄膜(10)、钯层(11)和聚四氟乙烯层(12)构成传感膜(1)；多模光纤(2)左端连接传感膜(1)，右端连接裸光纤适配器(3)，裸光纤适配器(3)和分路器(5)中间连接接头套管(4)，分路器(5)通过分叉光纤(6)分别与卤钨光源(7)和光谱仪(8)相连。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈常宇，周佳佳，楼伟民，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33