[实用新型]一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器

说明书

技术领域

本实用新型提出了一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为测量信号载体的光波以为作为光波传播媒质的光纤，具有许多独特，许多其他材料难以比拟的优点：光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易被各种光探测器接收，方便进行光电转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。光纤传感器与传统氢气传感器相比，由于具有不受电磁干扰、灵敏度高、体积小、重量轻、可复用性强、可埋入各种结构和材料等优点而逐渐被人们所重视。其原理是光纤暴露在氢气环境中，光纤上的钯膜吸收了氢气之后，其机械性能和折射率等物理性质会发生变化，但在非氢气环境中又会恢复期本来的特性。通过传感器监测传输光的相位，光强等参数来探测氢气的浓度。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器。使用一个超高真空射频磁控溅射系统沉积60纳米的镁钛薄膜在裂解裸露纤维的多模光纤上。为了增加纤维的韧性，防止分层，中间有一层3纳米薄的钛粘附层。30纳米的钯层沉积在镁钛薄膜保护这个传感层免受氧化和催化氢解离。30纳米的聚四氟乙烯层封顶保护传感层。本实用新型灵敏度高、抗干扰能力强、成本较低，可以应用于各类实际工程中。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，其特征在于：传感膜(1)、多模光纤(2)、裸光纤适配器(3)、接头套管(4)、分路器(5)、分叉光纤(6)、卤钨光源(7)和光谱仪(8)组成；在剥离涂敷层的普通多模光纤依次镀钛粘附层(9)、镁钛薄膜(10)、钯层(11)和聚四氟乙烯层(12)构成传感膜(1)；多模光纤(2)左端连接传感膜(1)，右端连接裸光纤适配器(3)，裸光纤适配器(3)和分路器(5)中间连接接头套管(4)，分路器(5)通过分叉光纤(6)分别与卤钨光源(7)和光谱仪(8)相连。

所述的传感膜(1)中的钛粘附层(9)的厚度为3纳米。

所述的传感膜(1)中镁钛薄膜厚度(10)为60纳米。

所述的传感膜(1)中钯层(11)的厚度为30纳米。

所述的传感膜(1)中封顶钯层聚四氟乙烯层(12)的厚度为30纳米。

本实用新型的工作原理是：在剥离涂敷层的普通多模光纤依次镀钛粘附层(9)、镁钛薄膜(10)、钯层(11)和聚四氟乙烯层(12)构成传感膜(1)；多模光纤(2)左端连接传感膜(1)，右端连接裸光纤适配器(3)，裸光纤适配器(3)和分路器(5)中间连接接头套管(4)，分路器(5)通过分叉光纤(6)分别与卤钨光源(7)和光谱仪(8)相连。光纤传感器能够在一定温度下测出的氢气含量。在温度为21℃，氢离子溶解浓度5-15ppm，温度为40℃氢离子溶解浓度为30ppm，60℃氢离子溶解浓度为5-130ppm，和温度为80℃氢离子溶解浓度为80-1500ppm。通过应用亨利定律，溶解氢离子的浓度与氢气压力程比例关系，假设一个平衡原料气中的氢气分压(在mbar)和变压器油的浓度(ppm)

p＝k_H·x(1)

其中p是气压，k_H是亨利定律常数，x是气体的摩尔分数，氢离子浓度的每个测量曲线由亨利定律推导出。

本实用新型的有益效果是：相较于之前发明的光纤传感器，该装置明显提高了灵敏度。且装置简单，适用于各类变压器的应用。

附图说明

图1是本实用新型的一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器示意图；

图2是本实用新型的在一定温度下氢气的溶解量的示意图；

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本实用新型作进一步描述：

参见附图1，一种基于反射测定的镀膜光纤氢传感器，其特征在于：传感膜(1)、多模光纤(2)、裸光纤适配器(3)、接头套管(4)、分路器(5)、分叉光纤(6)、卤钨光源(7)和光谱仪(8)组成；在剥离涂敷层的普通多模光纤(2)依次镀钛粘附层(9)、镁钛薄膜(10)、钯层(11)和聚四氟乙烯层(12)构成传感膜(1)；多模光纤(2)左端连接传感膜(1)，右端连接裸光纤适配器(3)，裸光纤适配器(3)和分路器(5)中间连接接头套管(4)，分路器(5)通过分叉光纤(6)分别与卤钨光源(7)和光谱仪(8)相连。

图2是本实用新型在一定温度下氢气的溶解量的示意图；光纤传感器能够在一定温度下测出的氢气含量，在温度为21℃，氢离子溶解浓度5-15ppm，温度为40℃氢离子溶解浓度为30ppm，60℃氢离子溶解浓度为5-130ppm，和温度为80℃氢离子溶解浓度为80-1500ppm。