[发明专利]一种光纤反射式氢气探测器

说明书

本发明涉及氢气检测技术领域，具体涉及一种光纤反射式氢气探测器，包括光源、光环形器、光探测器、光纤、钯膜，光纤的一端通过所述光环形器连接光源和光探测器，光纤的另一端设有拉锥区，拉锥区的自由端形成拉锥区端面，钯膜设置在拉锥区的一侧。应用时，光源发出激光通过光环形器传播至光纤，光沿光纤传播至拉锥区，在拉锥区形成反射，反射光又经光纤和光环行器后进入光探测器。钯膜改变了拉锥区的形状和折射率环境，从而改变了拉锥区的反射特性；通过探测拉锥区反射特性的变化实现氢气或氢气浓度探测。本发明能实现具有更高灵敏度的氢气探测，在氢气探测领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及氢气检测技术领域，具体涉及一种光纤反射式氢气探测器。

背景技术

氢气是重要的化工原料，也是重要的清洁能源。氢气得到了广泛的应用。在航天工业中，氢已经成为航天器发动机的主要燃料。另外，氢也是主要的工业原料，还是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。

由于氢气的分子小，存储中氢容易泄露。当空气中氢含量达到4％以上时，就可能发生爆炸。另外，氢气泄露还会缩短相关设备的寿命。因此，随着氢的应用越来越广泛，对低浓度氢的高灵敏度检测具有重要意义。

常规氢探测器主要包括光纤探测器、电化学探测器、半导体探测器等。光纤氢探测器具有体积小、灵活性高的优点，具有良好的应用前景。现有技术将钯膜覆盖在光纤的一端，在氢气环境中，钯膜的折射率发生变化，从而改变钯膜的透射特性。由于钯膜的厚度对氢气探测的灵敏度具有决定性作用，所以需要严格控制钯膜的厚度，制备难度高。另外，仅仅通过钯膜折射率变化实现氢气探测，机理单一，氢气探测的灵敏度低。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种光纤反射式氢气探测器，其特征在于，包括光源、光环形器、光探测器、光纤、钯膜，光纤的一端通过所述光环形器连接光源和光探测器，光纤的另一端设有拉锥区，拉锥区的自由端形成拉锥区端面，钯膜设置在拉锥区的一侧。光源可以为连续谱光源，也可以为单色光源。光源发出激光通过光环形器传播至光纤，光沿光纤传播至拉锥区，在拉锥区形成反射，反射光又经光纤和光环行器后进入光探测器。钯膜改变了拉锥区的形状和折射率环境，从而改变了拉锥区的反射特性；通过探测拉锥区反射特性的变化实现氢气或氢气浓度探测。

更进一步地，光纤为单模光纤，光场被限制在更小的区域，拉锥区的形貌和周围环境对拉锥区反射特性的影响更大，以实现更高灵敏度的氢气探测。

更进一步地，拉锥区端面为圆形。

更进一步地，拉锥区端面的直径小于2微米，拉锥区的尺寸小，或较细，一方面对光场的限制作用强，另一方面拉锥区更容易弯曲。当钯膜吸附氢气时，对拉锥区反射特性的影响更大，从而实现更高灵敏度的氢气探测。

更进一步地，钯膜设置在靠近拉锥区端面的区域。由于拉锥区端面处更细，钯膜更容易影响拉锥区内的光场，也更容易改变拉锥区的形貌，从而更灵敏地调节拉锥区的反射特性，从而实现更高灵敏度的氢气探测。

更进一步地，钯膜沿拉锥区长度方向设置。

更进一步地，钯膜的厚度小于2微米。

更进一步地，还包括弹性透明部，弹性透明部设置在拉锥区端面上，钯膜延伸至弹性透明部上。本发明应用弹性透明部延伸了拉锥区的长度，充分利用了弹性透明部的易弯曲特性。当钯膜吸附氢气后，更容易改变弹性透明部的形状，从而更多地改变弹性透明部的反射特性，从而实现更高灵敏度的氢气探测。

更进一步地，弹性透明部的端面与拉锥区端面形状相同。

更进一步地，弹性透明部的材料为PMMA。