[发明专利]基于UiO-66-NH2

说明书

本发明公开了基于UiO‑66‑NH₂的倾斜光纤光栅氢气传感器，由宽带光源、偏振控制器、第一单模光纤、倾斜光纤光栅、第二单模光纤、光谱仪、气室、UiO‑66‑NH₂膜、氢气气体流量控制阀、氮气气体流量控制阀、氢气瓶、氮气瓶、PDMS组成；其中倾斜光纤光栅上面附有PDMS，通过PDMS再附上UiO‑66‑NH₂膜。采用溶剂热法制成的UiO‑66‑NH₂粉末通过PDMS均匀的涂附在倾斜光纤光栅上作为氢气敏感层。该发明具有响应速度快，灵敏度高的优点，具有很好的实用价值和应用前景。

技术领域

本发明提出了基于UiO-66-NH₂的倾斜光纤光栅氢气传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

UiO-66-NH₂是一种金属有机骨架材料(MOFS)，具有三维多孔结构，可以用于氢气的吸附，当氢气进入多孔中，其UiO-66-NH₂的折射率将发生变化。

将采用溶剂热法制成的UiO-66-NH₂粉末均匀涂覆在倾斜光纤光栅上，在不同浓度氢气下，UiO-66-NH₂膜的折射率会不同。

由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体有着优良的弹性性能和良好的粘附性等优点，且受热易膨胀，无毒、不易燃，因此在光纤传感领域是一种很有前景的材料。

倾斜光纤光栅(TFBG)的特殊结构导致了多种复杂的模式耦合的出现其中比较特殊的是纤芯模与包层模耦合，包层模的出现使得TFBG感应环境折射率变的敏感程度比普通布拉格光纤光栅更高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于UiO-66-NH₂的倾斜光纤光栅氢气传感器，以UiO-66-NH₂膜作为氢气敏感层，UiO-66-NH₂膜的有效折射率的改变引起的干涉图形的波长改变，来测定氢气的浓度。

本发明通过以下技术方案实现：基于UiO-66-NH₂的倾斜光纤光栅氢气传感器，由宽带光源(1)，偏振控制器(2)，第一单模光纤(3)，倾斜光纤光栅(4)，第二单模光纤(5)，光谱仪(6)，气室(7)，UiO-66-NH₂膜(8)，氢气气体流量控制阀(9)，氮气气体流量控制阀(10)，氢气瓶(11)，氮气瓶(12)，PDMS(13)组成，其特征在于：宽带光源(1)与偏振控制器(2)左端连接，偏振控制器(2)右端与第一单模光纤(3)左端连接，第一单模光纤(3)右端与倾斜光纤光栅(4)左端连接，倾斜光纤光栅(4)的中心波长为1548nm，涂附有PDMS(13)，通过PDMS(13)再附上UiO-66-NH₂膜(8)，UiO-66-NH₂膜(8)的厚度为300nm，倾斜光纤光栅(4)右端与第二单模光纤(5)，左端连接，第二单模光纤(5)右端与光谱仪(6)左端连接，气室(7)下端与氢气气体流量控制阀(9)上端和氮气气体流量控制阀(10)上端连接，氢气气体流量控制阀(9)下端与氢气瓶(11)连接，氮气气体流量控制阀(10)下端与氮气瓶(12)连接，氢气浓度发生变化时，UiO-66-NH₂膜(8)吸收了的氢气量也发生变化，使得UiO-66-NH₂膜(8)折射率发生变化，倾斜光纤光栅(4)的透射谱发生漂移，由此可以测得氢气浓度及其变化量。