一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置。它包括两个Ｖ型支架，通过中间铰链连接形成Ｖ字形钳型结构，将镀有与氢气敏感的Ｐｄ膜的光纤光栅粘合在两个Ｖ型支架一端的两侧臂之间，一根金属丝的两端分别与Ｖ型支架的另一端两侧臂的调整螺钉连接并固定。通过铰链连接的两个Ｖ型支架的杠杆原理，调节金属线的长度和位置来使光纤光栅所受的应力变化达到一个合适的值，从而补偿了温度造成的光纤光栅布拉格波长λ＃－［Ｂ］的漂移。可以使其对环境温度的变化不敏感，测试系统性能可靠，抗干扰性强、精度高，它能够在相对恶劣的环境中精确地检测氢气的浓度，一般测试精度可达０．０５％。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置。
技术介绍
在氢敏感技术中普遍采用钯(Pd)作催化物质，当H2气体遇到Pd膜后首先被吸附然后被吸收，此催化反应是可逆的。吸氢后的Pd膜通常有两种固溶体存在，表现为α相和β相，α相到β相的转化与氢气的浓度和表面环境温度有关。不同相的晶格参数相差很大，反复的吸附和脱附会导致金属晶格的错位，致使Pd膜经受几个吸氢放氢周期后便会扭曲以至破损，所以须补偿环境温度的影响从而减缓α相到β相的转变。目前，在光纤氢敏传感器研究方面使用最多的是在光纤端面镀一层或多层Pd膜使之构成微透镜方法；另外使用Pd膜和非晶体的WO3作氢气催化剂也是早期方案之一，即除了在光纤端面镀Pd膜外，再镀一层WO3膜，由于这种传感器能够对800nm的光波产生强烈吸收，因此该方法对氢气的敏感具有很高的灵敏度，但唯一不足是响应速度比较慢；近年来，关于在光纤表面产生等离子共振波的结构的氢敏传感器和倏逝波(Evanescent)结构的氢敏传感器已有报导，这些方法对氢气敏感的灵敏度均有不同程度的提高，但测试精度一般很难达到0.1％。因此在测试精度要求比较高的场合，如氢气敏感精度高于0.05％的场合，光纤光栅是我们首选的方案。当紫外线照射光敏光纤可使其折射率发生永久性变化，根据这个效应对纤芯周期性曝光，从而得到光纤光栅。光纤光栅具有反射带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、与光纤耦合好、与其他光纤器件兼容和不受环境尘埃影响等一系列优异性能。使用布拉格光纤光栅(FBG)构成氢敏传感原理是在光纤光栅上溅射Pd膜，H2遇Pd膜后很快被吸附并进而吸收生成PdHx，生成PdHx后体积会随氢气浓度的变化而产生收缩或膨胀，Pd膜体积膨胀或收缩可以引起光栅周期改变，导致布拉格波长λB改变。另外温度变化引起光栅周期变化同样也会改变布拉格波长λB，因此需要使光纤光栅对环境温度变化不敏感。
技术实现思路
为了能提高氢气的灵敏度，降低外界环境对测试系统的影响，本专利技术的目的是提供了一种基于光纤光栅温度不敏感的Pd膜氢敏感装置。为达到上述专利技术目的本专利技术所采用的技术方案是它包括两个V型支架，通过中间铰链连接形成V字形钳型结构，将镀有与氢气敏感的Pd膜的光纤光栅粘合在两个V型支架一端的两侧臂之间，一根金属丝的两端分别装在与V型支架另一端的两侧臂上的调整螺钉连接并固定。本专利技术具有的有益效果是在一根光纤光栅上镀有与氢气敏感的Pd膜，构成氢气敏感传感器。通过两个V型支架构成钳型结构，金属丝具有一定的膨胀系数，通过调节螺钉来调整金属丝的预应力从而实现对环境温度不敏感。由于金属丝热膨胀系数比光纤大，其膨胀量也比光纤大，依靠通过中间铰链连接起来的两个V型支架的杠杆原理，调节金属线的长度和位置来使光纤光栅所受的应力变化达到一个合适的值，从而补偿了温度造成的光纤光栅布拉格波长λB的漂移。它可以使其对环境温度的变化不敏感，测试系统性能可靠，抗干扰性强、精度高，它能够在相对恶劣的环境中精确地检测氢气的浓度，一般测试精度可达0.05％。附图说明图1是本专利技术的氢气敏感光纤光栅结构示意图；图2是本专利技术的结构原理示意图。图中1.光纤光栅 2.Pd膜 3.V型支架 4.V型支架 5.铰链6.调节螺钉 7.金属丝 8.调整螺钉具体实施方式如图1所示，传感光纤光栅中，在光纤上制作光纤光栅1，在光纤光栅1上镀有Pd膜2，Pd膜2的厚度在10nm-30nm之间。如图2所示，本专利技术它包括两个V型支架3、4，通过中间铰链5连接形成V字形钳型结构，将镀有与氢气敏感的Pd膜2的光纤光栅1用环氧树脂粘合在两个V型支架3、4一端的两侧臂之间，一根金属丝7的两端分别与装在V型支架3、4另一端的两侧臂上的调整螺钉6、8连接并固定。两调整螺钉均可纵向移动(即调整杠杆臂长)。先调节螺钉6，使光纤光栅3的布拉格波长为λB，此时氢气浓度为零，调好后用环氧树脂粘合。如当温度升高后，光纤芯的折射率和光纤光栅1的周期都将变大，因而光纤光栅1的调谐波长将向长波方向移动，而金属丝7由于热膨胀系数比光纤大，其膨胀量也比光纤大。依靠通过中间铰链5连接起来的两个V型支架3和4形成的杠杆，使光纤光栅3所受的应力合适变小，从而补偿了光纤光栅的温度升高造成的波长漂移(若补偿过多或不够，则可合适调节螺杆6和8同时纵向移动，即调节杠杆臂长；调节好对某一温度变化不敏感后，则对其他温度变化也不敏感)。因此只有H2的浓度变化会改变布拉格波长λB。测量布拉格波长λB的漂移大小，则可测出氢气的浓度。权利要求1.一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置，其特征是它包括两个V型支架(3、4)，通过中间铰链(5)连接形成V字形钳型结构，将镀有与氢气敏感的Pd膜(2)的光纤光栅(1)粘合在两个V型支架(3、4)一端的两侧臂之间，一根金属丝(7)的两端分别与装在V型支架(3、4)另一端的两侧臂上的调整螺钉(6、8)连接并固定。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置，其特征是所说的Pd膜(2)的厚度在10nm-30nm之间。全文摘要本专利技术公开了一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置。它包括两个V型支架，通过中间铰链连接形成V字形钳型结构，将镀有与氢气敏感的Pd膜的光纤光栅粘合在两个V型支架一端的两侧臂之间，一根金属丝的两端分别与V型支架的另一端两侧臂的调整螺钉连接并固定。通过铰链连接的两个V型支架的杠杆原理，调节金属线的长度和位置来使光纤光栅所受的应力变化达到一个合适的值，从而补偿了温度造成的光纤光栅布拉格波长λ文档编号C03C25/00GK1448740SQ0311674公开日2003年10月15日 申请日期2003年4月28日 优先权日2003年4月28日专利技术者何赛灵, 胡建东 申请人:浙江大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置，其特征是：它包括两个Ｖ型支架（３、４），通过中间铰链（５）连接形成Ｖ字形钳型结构，将镀有与氢气敏感的Ｐｄ膜（２）的光纤光栅（１）粘合在两个Ｖ型支架（３、４）一端的两侧臂之间，一根金属丝（７）的两端分别与装在Ｖ型支架（３、４）另一端的两侧臂上的调整螺钉（６、８）连接并固定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，胡建东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]