一种光纤光栅氢气传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤光栅氢气传感器，包括光纤和外壳；光纤上具有串联的第一光纤光栅与第二光纤光栅；第一光纤光栅靠近光纤游离端，用于温度补偿；第二光纤光栅的光纤玻璃包层表面具有凹槽；第二光纤光栅的光纤玻璃包层外侧具有氢敏材料层；光纤与封装于外壳内，使得第一光纤光栅与第二光纤光栅处于自然松弛状态。本发明专利技术利用飞秒激光对光纤光栅表面进行微加工刻蚀凹槽，从而打破工作时光学平整面的玻璃包层与氢敏材料层之间的应力积累，提高氢敏材料层的附着力，减小氢敏材料薄膜因疲劳脱层或破裂的概率，同时凹槽内侧附着的氢敏材料，刻蚀过凹槽的光纤也变得更柔软，提升了吸氢后膨胀应变引起的光栅波长变化量，显著提高了传感器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤光栅氢气传感领域，更具体地，涉及一种光纤光栅氢气传感器及其制备方法。

技术介绍

1、氢气作为一种清洁能源，在新能源领域中起着举足轻重的作用，尤其是燃料电池、动力汽车。但是氢气化学性质活泼，在空气中浓度范围为4～75vol％时具有爆炸的危险，极大地限制了氢气的生产、储存、运输和使用。

2、光纤光栅传感技术有着本质安全、抗电磁干扰能力强、测量精度高、可实现多参量、长距离、准分布式测量等优点，已被广泛应用到多个工业生产领域。

3、光纤光栅氢气传感器的传感机制基于氢气被吸附到氢敏材料涂层后引起的光栅波长的改变，氢敏材料的性能直接决定氢气传感器的性能。金属钯(pd)因对氢气具有可逆的吸收性和特殊的选择性而被广泛用于氢气传感器中的氢敏材料。但高浓度氢气进入钯之后引起的相变会使纯钯薄膜出现气泡和裂纹等现象，钯膜在基体上的附着力是影响气敏薄膜稳定性和寿命的一个重要因素，如果钯膜与基底表面的结合力较小，钯膜经历吸氢、放氢的过程之后就会脱落，严重影响传感器的使用寿命。

4、纯钯膜在接触氢气后晶格相态会从α相相变为β相，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种光纤光栅氢气传感器，其特征在于，包括光纤和外壳；

2.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述凹槽深度在2～6um之间，凹槽宽度在2～3um之间，第二光纤光栅的光纤玻璃包层表面凹槽面积占比小于等于15％。

3.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，凹槽形状优选为圆孔型、环形、或刻线。

4.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料层为Pd-Y合金薄膜，厚度为180～200nm，所述Pd-Y合金中钇含量为7.5％～8.0％。

5.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材...

【技术特征摘要】

1.一种光纤光栅氢气传感器，其特征在于，包括光纤和外壳；

2.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述凹槽深度在2～6um之间，凹槽宽度在2～3um之间，第二光纤光栅的光纤玻璃包层表面凹槽面积占比小于等于15％。

3.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，凹槽形状优选为圆孔型、环形、或刻线。

4.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料层为pd-y合金薄膜，厚度为180～200nm，所述pd-y合金中钇含量为7.5％～8.0％。

5.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料层与所述光纤玻璃包层之间具有过渡薄膜，所述过渡薄膜为ta2o5过渡薄膜，所述过渡薄膜的厚度在80～100nm之间。

6.如权利要求1所述的光纤光栅氢气传感器，其特征在于，第一光纤光栅与第二光纤光栅的中心波长相差在5nm以上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭凯，李昌胜，林海，李立彤，杨文睿，杨拓，
申请(专利权)人：湖北特种设备检验检测研究院，
类型：发明
国别省市：