[发明专利]一种基于光电探测器的光纤氢气检测装置

说明书

本发明提供一种基于光电探测器的光纤氢气检测装置，包括光源、光纤分路器、光环行器、光缆、氢气敏感传感探头、第一光电探测器、第二光电探测器和数据显示处理系统；其中，光源发出的光由光纤分路器分为2路，第一路光作为参考光经过第一光电探测器后输入至数据显示处理系统，第二路光作为传感光经过光环行器、光缆到达氢气敏感传感探头后返回再从光环行器经第二光电探测器输入至数据显示处理系统；所述的数据显示处理系统用于根据第一光电探测器和第二光电探测器传输的电流进行处理比较，采用电流比值法得到氢气浓度。本发明采用比值法计算氢气浓度，采用光电探测器替代光纤光栅解调模块，具有较好的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明属于光纤传感技术，材料科学以及光电子技术的交叉领域，涉及到功能材料制备和光电检测技术，具体涉及一种基于光电探测器的光纤氢气检测装置。

背景技术

氢能源是一种重要的清洁能源和化工原料，在航空航天、燃料电池、合成氨工业具有重要应用；另外在石油化工、核电冷却系统和电力变压器等设施也会产生一定量的氢气。由于氢气具有易燃易爆以及无色无味等特性，在泄漏后难以察觉，在空气中氢气的浓度超过一定浓度时就极有可能导致爆炸事故，因此安全检测氢气浓度在这些领域至关重要。

传统的电化学传感器采用电缆和电信号作为传输媒介，因而仍然具有潜在爆炸的危险；另外传感探头工作温度过高，导致传感器对其他可燃性气体具有交叉敏感的可能性，因此传统的电化学传感器在这些领域或设施难以满足安全监测氢气浓度的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于光电探测器的光纤氢气检测装置，具有较好的可靠性和稳定性，能够实现氢气浓度的安全监测。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于光电探测器的光纤氢气检测装置，其特征在于：它包括光源、光纤分路器、光环行器、光缆、氢气敏感传感探头、第一光电探测器、第二光电探测器和数据显示处理系统；其中，光源发出的光由光纤分路器分为2路，第一路光作为参考光经过第一光电探测器后输入至数据显示处理系统，第二路光作为传感光经过光环行器、光缆到达氢气敏感传感探头后返回再从光环行器经第二光电探测器输入至数据显示处理系统；所述的数据显示处理系统用于根据第一光电探测器和第二光电探测器传输的电流进行处理比较，采用电流比值法得到氢气浓度。

按上述方案，所述的光纤分路器将参考光和传感光的光强分光比设置在0.05~1之间。

按上述方案，所述的氢气敏感传感探头包括与所述的光缆连接的单模光纤，单模光纤的端部附有氢气敏感膜，单模光纤外套有多孔保护管，多孔保护管端部通过环氧树脂与单模光纤密封连接。

按上述方案，所述的氢气敏感膜为PTFE（聚四氟乙烯）-Pt-Pd/Mg复合膜或PTFE-Pt-Pd-Hf复合膜。

按上述方案，所述的PTFE-Pt-Pd/Mg复合膜通过以下方式沉积在单模光纤端部：采用磁控溅射方法在单模光纤端面沉积Pd/Mg，然后沉积Pt膜，最后溅射PTFE膜作为表面保护层；其中：Pd/Mg膜中Pd和Mg元素的含量比在1~20之间。

按上述方案，所述的PTFE-Pt-Pd-Hf复合膜通过以下方式沉积在单模光纤端部：依次溅射Hf、Pd、Pt和PTFE， PTFE膜作为表面保护层；Pd-Hf膜为纯Pd和纯Hf膜。

按上述方案，所述的Pd/Mg膜的厚度5~100nm之间；Pt膜的厚度在1~10nm之间；PTFE膜厚度在5~200nm之间。

PTFE-Pt-Pd-Hf复合膜中， Pd的厚度在2~20nm之间，Hf的厚度在10~80nm之间。

按上述方案，所述的光源为1550nm ASE光源、可见光光源或可调激光光源，光源功率范围为1-20毫瓦。