[实用新型]一种基于光杠杆修正原理的双干涉氢气传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于光杠杆修正原理的双干涉氢气传感器，由宽带光源、分光器、参考光纤、温度参考光纤、氢气参考光纤、氢敏薄膜、真空传温管、形变片、望远镜、直尺、反光镜装置、支架组成；将传感器置于氢气环境中，宽带光源经分光器产生两束相干光；关闭氢气参考光纤，两束相干光分别经过参考光纤和温度参考光纤，通过记录干涉图样的信息，得到环境温度的影响；然后关闭温度参考光纤，让两束相干光经过参考光纤和氢气参考光纤，记录干涉图样的信息，根据记录的温度信息来修正环境温度对传感器的误差影响，最后将两种信息综合分析得出氢气浓度；本实用新型受环境影响小，精度高，寿命长，具有一定的创新性和实用价值，具有良好的市场前景。

技术领域

本实用新型属于氢气传感器领域，具体涉及一种基于光杠杆修正原理的双干涉氢气传感器。

背景技术

当今社会，由于化石燃料的有限性及其引发的温室效应和环境污染，使得清洁新能源成为全球开发和利用的研究热点。氢能具有燃烧效率高、产物无污染等优点，与太阳能、风能等被称为九大新能源，并被誉为最具发展前景的二次能源。同时，氢也是一种重要的工业原料，在电子工业、汽车业、冶金工业、石油化工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天、食品加工等方面有着广泛的应用。氢气是一种无色、无嗅、无毒、易燃易爆的气体。氢气分子量很小，在生产、储存、运输、使用过程中很容易发生泄漏，并且氢气具有很强的渗透能力。同时，氢气的着火点为585℃，当空气中的氢气含量在4％至75％的范围时，遇到明火就会发生爆炸，这给氢气的储存和使用等带来很大不便。鉴于氢气在食品卫生、能源动力、军事国防等领域的广泛使用以及不安全性，在使用氢气时必须对其浓度进行检测。国内外已经进行了大量关于氢气传感器的研究，目前氢气传感器主要有电化学型、电学型、光学型三大类。

目前市场上电化学与电学氢气传感器占有率较高。各种电化学氢气传感器的工作温度范围覆盖较广，并且功耗很低，灵敏度高，但是其电极寿命有限，并且工作时需要提供给传感器电流或电压，不适用于易燃易爆场所。电学型氢气传感器具有结构简单，易实现微型化，易集成的优点，但是其工作所需温度较高，增加了能耗，并且其工作时易产生电火花，同样不适用于易燃易爆场所。光学型氢气传感器中声表面波型与光声型通过测其频率的偏移量来检测氢气浓度的方法受环境因素影响较大，而光纤氢气传感器具有本征安全、抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀等优点，并且其传感器灵敏度和测量精度高，能够达到实时响应。根据传感机理的不同，可以制作出适用于单点测量和分布式多点测量的多种光纤氢气传感器。因此光纤氢气传感器将成为氢气传感器研究领域的主要内容，随着传感器制作工艺的提升和信号解调技术的发展，光纤氢气传感器将占据更大的市场。

光纤氢气传感器的传输介质是光纤，光纤作为信息传输的介质问世于20世纪70年代。光纤具有一系列的优点：光纤体积小，对于石英光纤其包层直径仅100-150um；光纤传光性能好，这与光纤材料和结构有关；光纤抵抗外界电磁干扰的能力和抗腐蚀能力强，因为光纤外面涂有一层特殊材料的涂覆层。通过在通信方面对光纤的研究人们也提出了光纤在其他领域的应用。目前光纤传感已进入研究与实用并存的阶段。光纤氢气传感器就是以光纤为传导介质，通过氢气浓度的变化引起传导的光信号发生变化为基础制作的。

传感器技术支撑着工业产业的发展，领先的传感器技术已成为发达工业国家的核心竞争力。氢气传感器是传感器技术用于工业生产的代表。早在100多年前，人们为了保障飞船氢燃料的纯度，就已经开始进行氢气浓度的检测。目前，工业生产中投入使用的氢气传感器大多是电化学类，但由于此类传感器可能产生电火花，构成严重的安全隐患。相较之下，光纤传感器本征防爆，进行传感时没有电火花产生，处于氢气环境中更加安全，并且该类传感器还具备测量灵敏度高，抗电磁干扰，重量轻，体积小，耐腐蚀，易于复用等诸多优点，故对基于光学原理的传感器的研究已成为氢气传感领域的重要研究方向。