[发明专利]一种新的光纤布拉格光栅氢气传感器及制作方法

说明书

本发明公开了一种新的光纤布拉格光栅氢气传感器及制作方法，一种新的光纤布拉格光栅氢气传感器制作方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤A、光纤光栅预处理；步骤B、聚多巴胺层组装：在酸腐蚀后的光纤布拉格光栅表面组装获得聚多巴胺涂层，该聚多巴胺涂层与光纤布拉格光栅栅区相对应；步骤C、金属钯膜组装；步骤D、超疏水透气薄膜组装：在负载有聚多巴胺和金属钯膜的光纤布拉格光栅氢气传感器表面涂覆一层超疏水透气薄膜；真空干燥，即可获得负载聚多巴胺、金属钯膜和超疏水透气薄膜的光纤布拉格光栅氢气传感器；本发明可广泛应用于能源，化工，生化检测等领域。

技术领域

本发明涉及氢气传感器，具体涉及一种新的光纤布拉格光栅氢气传感器及制作方法。

背景技术

氢能源是一种燃烧热值高、清洁无污染的可再生能源，被认为是替代常规化石燃料的理想能源。《政府工作报告》和《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》明确提出“推动充电、加氢等设施建设”，并规划了氢能产业发展路线。而实现普及推广氢能的同时就必须保证氢气生产、贮存和运输等过程中的安全性。氢原子是所有元素中体积最小的原子，这就导致其在常温常压下密度和质量也最小，生产、存贮和运输过程中容易发生泄漏，当在密闭空间或通风不良条件下累积一定浓度值时，极其易燃、易爆，引发事故，对人民生命财产安全造成威胁。因此，发展环境氢气浓度实时在线检测技术，消除生产、存贮和运输过程中氢泄漏致爆隐患，是实现氢能安全可靠普遍应用的关键。

目前用于氢气浓度检测的传感器主要有电化学传感器、半导体传感器、催化燃烧式传感器和光纤传感器。其中，电化学和半导体传感器使用电信号进行检测，存在潜在放电危险。催化燃烧式传感器，利用铂等贵金属催化氢气和氧气的燃烧反应，通过检测温度信号实现对氢气浓度的检测，属于暗火工作。上述两类传感器，在用于氢气浓度检测时，均存在引燃爆炸的风险。而光纤传感器是使用光信号进行检测，无放电现象和暗火产生，具有本质安全性，同时具备几何尺寸小、灵敏度较高、响应速度快、可分布式测量等显著优势，因此成为氢气浓度实时在线检测技术中最有前途的一类传感器。

目前光纤氢气传感器主要包括光纤光栅型氢敏传感器、干涉型氢敏传感器、微透镜型氢敏传感器、倏逝场型氢敏传感器。其中，基于光纤布拉格光栅型氢气传感器，具有响应灵敏度高、响应时间快、抗干扰能力强，准分布式检测的优点。因此，光纤光栅型氢气传感器成为氢泄漏安全检测技术的研究热点。虽然光纤光栅型传感器具备上述诸多优点，但是目前光纤光栅型传感器仍存在表面氢敏钯膜在多次吸氢释氢循环后易开裂、脱落的问题。尤其是在高湿环境下，会进一步加速钯膜鼓泡、开裂和脱落。这主要是因为当钯膜吸氢后会产生α相和β相，α和β相存在较大的晶格膨胀系数差异，导致钯膜经历吸氢-解吸氢循环后常出现剥离开裂，影响传感器使用寿命。特别的是，钯膜表面附着水分子后，会限制氢原子的局部扩散速度以及产生氢气竞争吸附，导致钯膜与光纤之间的局部应力增大，进而引起FBG氢气传感器的结构损坏。因此，研究能够克服开裂脱落、增强与基底间结合力的氢敏薄膜制备方法，制备高湿环境下稳定运行的氢气传感器极为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的光纤布拉格光栅氢气传感器及制作方法。

本发明的技术方案是：一种新的光纤布拉格光栅氢气传感器制作方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤A、光纤光栅预处理：为了提高FBG传感器对氢气的响应灵敏度，首先将光纤布拉格光栅表面氟树脂涂覆层去除，然后将光纤布拉格光栅清洗，最后利用一定浓度的酸液将光纤布拉格光栅腐蚀备用。

步骤B、聚多巴胺层组装：为了高效吸附氯化钯溶液中的钯离子形成钯核，并增强钯核在光纤表面的粘附强度，在酸腐蚀后的光纤布拉格光栅表面利用多巴胺快速沉积聚合方法组装获得聚多巴胺涂层；该聚多巴胺涂层的涂覆位置与光纤布拉格光栅栅区相对应。

组装获得聚多巴胺涂层步骤如下：