反射型光纤氢气传感器及氢敏性能测试

摘要

传统的基于电特性原理的氢气传感器已经被研制出来，并在空间技术及科研中都发挥了重大的作用，但在使用时，大多需外加电压，容易产生电火花，引起爆炸，而且受电磁波的干扰较大，结构复杂，对于氢气的测量，应用上具有一定的局限性。而光纤传感器采集的是光信号，不易产生电火花，对被测对象的干扰小、灵敏度高、体积小、重量轻、电绝缘性、耐腐蚀、耐高压、抗电磁干扰等众多优点，很适合于氢气浓度的检测。
　　 反射式光纤传感器是人们最早提出的并且研究的一种光纤传感器，当应用于氢气浓度的检测时其结构简单，工艺上易于实现，具有较好的实际应用前景。反射式光纤氢气传感器原理是当氢敏薄膜吸收氢气后，其反射率发生改变，从而引起光强的变化，通过检测光纤中光强的变化实现氢气浓度的检测。
　　 反射型光纤氢气传感器的研究主要包括反射型传感器理论研究、薄膜的氢敏机理研究、传感器的结构设计、光纤中光波的传播、氢敏薄膜的制备以及氢敏测试等方面的内容。
　　 本文通过理论分析，建立传感器光学模型，通过实验研究氢敏感薄膜的制备、设计传感器结构并进行传感器的制作及氢敏性能试验。主要进行了以下研究工作：
　　 1.反射型光纤氢气传感器的基础理论工作：介绍反射型光纤氢气传感器的基本原理，掺杂钯的WO3薄膜的氢敏机理。
　　 2.反射型光纤氢气传感系统的设计与相关部件的选型。
　　 3.掺杂Pd的WO3薄膜的制备及薄膜样品的结构、表面形态、光学特性等，结合机理进行分析。
　　 4.氢敏实验研究：建立测试系统，通过实验研究光强与氢浓度的关系，从而标定氢气的浓度。