一种测量氢气浓度的光纤型传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种测量空气中相对湿度的光纤型传感器，一种测量氢气浓度的光纤型传感器，其特征在于：由LED光源、光纤束、光电探测器、计算机、密闭气室、气室、空气瓶、氢气瓶、氮气瓶、第一铂金(Pt)/WO

An optical fiber sensor for measuring hydrogen concentration

The utility model discloses an optical fiber sensor for measuring the relative humidity in the air, optical fiber sensor for measuring the concentration of hydrogen, which is characterized by: LED light source, an optical fiber bundle, a photoelectric detector, a computer, a closed air chamber, air chamber, air bottle, hydrogen cylinders, nitrogen cylinder, the first platinum (Pt) /WO

【技术实现步骤摘要】
一种测量氢气浓度的光纤型传感器
本技术提出了一种测量氢气浓度的光纤型传感器，属于光纤传感

技术介绍
氢气浓度的检测有很大的应用领域，如产业制造、冶金、航空航天，因此吸引了很多人对该项技术的研究，在传统的氢气传感中，用的是电化学方法来检测氢气，因为该技术可以提供很好的精度以及稳定性，但是在一些特殊的环境下，例如电磁场和强腐蚀的环境中就不如光纤氢气传感器测量的数据稳定。钯(Pd)在氢气中有良好的光学常数，在对氢气的吸收与吸附时这种金属膜对物理形变非常敏感，例如撞击、起泡、分层。当金属钯中掺杂其他的元素，如镍、金，都会使这种物理形变的敏感程度降低，在刻有光纤布拉格光栅结构的表面镀钯镍合金的传感器中，可以检测氢气，由于光纤布拉格光栅非常脆弱，因而很难应用于实际中。三氧化钨(WO3)是一种过渡的金属氧化物，该氧化物有很大的能级间隙Eg＝2.60-3.25eV，由于气致变色效应，使得用该材料做气体传感成为可能。WO3本身有着很好的光学调制性，由于外界气体刺激和光波调制使得WO3折射率和吸收特性得以改变。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种测量氢气浓度的光纤型传感器，通过生长膜的方法生成三氧化钨，利用该物质与氢气可产生可逆的化学反应，产生的化合物为深蓝色，利用物质对光谱的选择性吸收的特点，通过光电探测器来检测氢气与三氧化钨的化合强度，在三氧化钨表面喷溅铂金的目的是为使得化合反应向着正方向快速进行，起到催化的作用。不同浓度的氢气在三氧化钨表面形成不同颜色深度的化合物，光谱的光强也会随之变化，利用该特性，可以有效的，快速的检测低浓度的氢气，防止意外事故的发生。本技术通过以下技术方案实现：一种测量氢气浓度的光纤型传感器，其特征在于：由LED光源(1)、光纤束(2)、光电探测器(3)、计算机(4)、密闭气室(5)、气室(6)、空气瓶(7)、氢气瓶(8)、第一铂金(Pt)/WO3薄膜(9)、第二铂金(Pt)/WO3薄膜(10)、氮气瓶(18)组成；其中气室(6)中含有进气孔(11)和出气孔(12)，光纤束(2)分出五个端口，分别称为第一端口(13)、第二端口(14)、第三端口(15)、第四端口(16)、第五端口(17)，其中第二端口(14)与第三端口(15)连通，第四端口(16)与第五端口(17)连通，LED光源(1)连接光纤束(2)的第一端口(13)，第三端口(15)与第五端口(17)分别连接光电探测器(3)的两个检测端口，光电探测器(3)数据端连接计算机(4)，气室(6)中放入第一Pt/WO3薄膜(9)，第二端口(14)放在第一Pt/WO3薄膜(9)前面用于收发光信号，气室(6)的进气孔(11)连接空气瓶(7)、氢气瓶(8)和氮气瓶(18)，出气孔(12)搁置在空气中，密闭气室(5)中放入第二Pt/WO3薄膜(10)，第四端口(16)放在第二Pt/WO3薄膜(10)前面用于收发光信号。所述的第一Pt/WO3薄膜(9)、第二Pt/WO3薄膜(10)中的WO3薄膜通过表面沉积而成，WO3薄膜的厚度为80nm。所述的密闭气室(5)中的气体为空气。所述的第一Pt/WO3薄膜(9)、第二Pt/WO3薄膜(10)中Pt膜的厚度为3.5nm。所述的第一Pt/WO3薄膜(9)、第二Pt/WO3薄膜(10)中的Pt薄膜通过喷溅系统在WO3薄膜表面镀Pt。本技术的工作原理是：LED光源(1)发出的光通过光纤束(2)的第一端口(13)后经过第二端口(14)和第四端口(16)发出，两束光分别照射到气室(6)中的第一金(Pt)/WO3薄膜(9)与密闭气室(5)的第二Pt/WO3薄膜(10)上后反射回到第二端口(14)和第四端口(16)中，将光信号传回到第三端口(15)与第五端口(17)，经过光电探测器(3)接收信号并用计算机(4)处理信息，密闭气室(5)中周期性的通入空气与氢氮混合气体，由于Pt/WO3薄膜遇到氢气后变成蓝色，反射回来的光信号就会产生特定谱吸收。密闭气室(5)中做对照实验目的是为了可以消除噪声与环境因素产生的误差。其中a、b为常数，Ir为对照组的光强信号，Ih为氢气组的光强信号，Sout为输出的对照无量纲因素。本技术采用的是Pt/WO3薄膜，因为在与氢气作用时，氢气会被WO3吸收表面呈现蓝色，该化学反应可逆，其中Pt为该可逆反应的正催化进。通过用LED光源对该薄膜进行照射，由于材料显现蓝色，所以会产生特定的谱线吸收和强度吸收，从而达到探测外界氢气是否存在。本技术的有益效果是：提出将对氢气变化较为敏感的Pt/WO3薄膜作为氢气敏感膜，该传感器对外界氢气的变化的敏感性将明显增强。向气室(6)中的第一Pt/WO3薄膜(9)周期性的通入氢氮混合气和空气时，该材料对低浓度氢气的吸收与释放的速度比较快，反应时间大概只有几秒，通过监测发现该氢气传感器的灵敏度将得到显著提升，为氢气检测提供了一种较为简便易搭建、可靠、响应度高的新方法。附图说明图1是本技术的一种测量空气中相对湿度的光纤型传感器特征装置示意图。图2是本技术的处于周期性通入空气和氢氮混合气(4％的H2)的传感器响应时间和信号强度图。图3是本技术的在不同氢气浓度下，Sout的随时间的响应结果。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述。参见附图1，一种测量氢气浓度的光纤型传感器，其特征在于：LED光源(1)、光纤束(2)、光电探测器(3)、计算机(4)、密闭气室(5)、气室(6)、空气瓶(7)、氢气瓶(8)、第一Pt/WO3薄膜(9)、第二Pt/WO3薄膜(10)，氮气瓶(18)组成；其中气室(6)中含有进气孔(11)和出气孔(12)，光纤束(2)分出五个端口，分别称为第一端口(13)、第二端口(14)、第三端口(15)、第四端口(16)、第五端口(17)，其中第二端口(14)与第三端口(15)连通，第四端口(16)与第五端口(17)连通，LED光源(1)连接光纤束(2)的第一端口(13)，第三端口(15)与第五端口(17)分别连接光电探测器(3)的两个检测端口，光电探测器(3)数据端连接计算机(4)，气室(6)中放入第一Pt/WO3薄膜(9)，第二端口(14)放在第一Pt/WO3薄膜(9)前面用于收发光信号，气室(6)的进气孔(11)连接空气瓶(7)和氢气瓶(8)和氮气瓶(18)，出气孔(12)搁置在空气中，密闭气室(5)中放入第二Pt/WO3薄膜(10)，第四端口(16)放在第二Pt/WO3薄膜(10)前面用于收发光信号。在实验准备阶段，为了排除环境因素，所以在制作Pt/WO3薄膜的时候，基质中的WO3先在超声波下清洗10分钟，在附图2中可以看出通入氢气的含量为4％时，对照组的光强信号Ir在1.01235V附近，氢气探测的光强信号Ih比对照组的Ir高出80mV左右，响应时间为60s，在附图3中可以看出当传感器处于氢气浓度为4％和1％的时候，传感器对于一个氢气吸收和释放周期大致为60s，当氢气的浓度在0～5000ppm时，对氢气的吸收和释放周期加长，在0.5％，0.1％，0.05％的氢气浓度下，周期分别为1.5min，3min，10min，在0.5％～4％的氢气含量的检测中传感器有着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量氢气浓度的光纤型传感器，其特征在于：由LED光源(1)、光纤束(2)、光电探测器(3)、计算机(4)、密闭气室(5)、气室(6)、空气瓶(7)、氢气瓶(8)、第一铂金(Pt)/WO

【技术特征摘要】
1.一种测量氢气浓度的光纤型传感器，其特征在于：由LED光源(1)、光纤束(2)、光电探测器(3)、计算机(4)、密闭气室(5)、气室(6)、空气瓶(7)、氢气瓶(8)、第一铂金(Pt)/WO3薄膜(9)、第二铂金(Pt)/WO3薄膜(10)、氮气瓶(18)组成；其中气室(6)中含有进气孔(11)和出气孔(12)，光纤束(2)分出五个端口，分别称为第一端口(13)、第二端口(14)、第三端口(15)、第四端口(16)、第五端口(17)，其中第二端口(14)与第三端口(15)连通，第四端口(16)与第五端口(17)连通，LED光源(1)连接光纤束(2)的第一端口(13)，第三端口(15)与第五端口(17)分别连接光电探测器(3)的两个检测端口，光电探测器(3)数据端连接计算机(4)，气室(6)中放入第一Pt/WO3薄膜(9)，第二端口(14)放在第一Pt/WO3薄膜(9)前面用于收发光信号，气室(6)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志强，沈常宇，帅少杰，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33