一种光纤光栅氢气传感器的耐久度优化方法技术

本发明专利技术提出了一种光纤光栅氢气传感器的耐久度优化方法，利用ANSYS软件对光纤镀膜这一过程进行模拟，基于简化的二维模型，采用生死单元法模拟不同膜层厚度、镀膜速度、薄膜层数对薄膜

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅氢气传感器的耐久度优化方法


[0001]本专利技术属于光纤光栅氢气传感器
，尤其涉及一种光纤光栅氢气传感器的耐久度优化方法。

技术介绍

[0002]氢气是一种清洁能源和重要的化工原料,在航空航天、燃料电池汽车、金属冶炼、化工合成有着广泛的应用。由于氢气具有最小的分子,氢气很容易泄漏。当氢气在空气中达到一定的含量(体积4％
‑
74.4％),很容易被点燃,进而导致爆炸事故,因此氢气浓度的检测非常重要。市场上成熟的氢传感器多是基于电化学原理，容易受外界环境的影响而降低传感器的灵敏度，从而造成测量误差；且在使用的过程中容易产生电火花，对于航空航天所使用的液氢燃料有极高的风险，且接线过于复杂，占用空间较大。
[0003]光纤传感器主要通过微弱的光信号进行检测,具有本质防爆、体积小、重量轻、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、精度高等优点，因此利用光纤传感器对氢气浓度进行检测具有重要意义。Hill(1978)利用驻波法研制出布拉格光纤光栅(FBG)；Bulter(1994)在光纤端面镀一层钯(Pd)膜或多层构成微透镜型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅氢气传感器的耐久度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）获取最优镀膜工艺参数：（11）设置一三维参数组并初始化：三维参数组包括薄膜厚度、镀膜速度和薄膜层数3个参数；（12）建立光纤光栅的简化模型，简化模型为一矩形；（13）对简化模型进行网格划分以形成网格模型；（14）基于ANSYS软件中的生死单元法，沿网格模型的长边，由左向右依次生成N个氢敏薄膜单元；其中，N＞1且为自然数，N个氢敏薄膜单元组成氢敏薄膜；（15）基于ANSYS软件求解初始参数组对应的氢敏薄膜和光纤光栅之间的残余应力；（16）设置变量参数组：基于三维参数组，赋值任意一预设参数至对应的参数，其余参数保持初始值不变，重复步骤（12）~（15），至赋值完成所有预设参数；（17）选取残余应力分布均匀且残余应力值最小时，对应的预设参数作为最优镀膜工艺参数；（2）制备光纤光栅氢气传感器探头：（21）对光纤光栅进行清洗并风干；（22）将光纤光栅的一端伸入旋转台的一旋转轴内，另一端伸入旋转台的另一旋转轴内，保持光纤光栅绷紧，之后将旋转台置于磁控溅射仪的工作腔室内，最后将旋转台的两旋转轴分别与工作腔室内的驱动单元连接；（23）将最优镀膜工艺参数设置为磁控溅射仪的工作参数，打开磁控溅射仪以启动工作腔室内的驱动单元，之后开启磁控溅射仪上的工作开关以将Pd粒子均匀覆盖至光纤光栅的栅区，以形成纤光栅氢气传感器探头；（24）将纤光栅氢气传感器探头的非栅区与尾线连接，以获取光纤光栅氢气传感器。2.根据权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器的耐久度优化方法，其特征在于，在步骤（21）中，在清洗光纤光栅之前，先选取一根光纤光栅，之后取下光纤光栅非...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国玉，马雯波，李昱洋，范丽，马增胜，许福，陈俊，
申请(专利权)人：湘潭大学江苏中云筑智慧运维研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：