[发明专利]钯掺杂碳纳米管的微纳光纤气体传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种钯掺杂碳纳米管的微纳光纤气体传感器及其制备方法与应用，其包括依次连接的激光器、钯掺杂碳纳米管的微纳光纤、检测器，其对气体检测灵敏度高。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种钯掺杂碳纳米管的微纳光纤气体传感器及其制备方法与应用。

背景技术

六氟化硫(SF6)因其优异的绝缘性能和灭弧性能，常用于气体绝缘组合电器(GIS)内部作为气体绝缘介质。但是当GIS内部发生局部放电或局部过热故障时，SF6气体会与电气设备内部难免存在的微水、微氧等杂质以及固体绝缘材料等发生反应，生成一定的特征产物。目前常用的检测方法，如气体检测管法、色谱法、色谱-质谱法、电化学传感器法、离子移动度计、红外吸收光谱法存在检测精度低、色谱柱易老化、气体选择性低、部分分解气体吸收峰交叉干扰等问题，无法应用于现场GIS的在线监测。

光纤传感技术将光纤作为传感器件，具有天然的绝缘性能，可植入设备内部，不受各种电磁信号的影响，并且易于形成光纤传感网络，具备分布式测量能力。现有基于光纤传感的SF6分解组分检测装置，例如2019年5月17日公布号为CN109765468A的“一种基于光纤环形谐振腔的GIS内部SF6分解组分原位检测装置”，其公开的装置分为激光单元、入射光光纤耦合单元、光纤环形谐振腔、出射光光纤耦合单元、检测激光与瑞利散射光滤除单元、空间滤波单元、光谱采集单元。

上述装置存在的缺点为：系统内大量使用反射镜、滤镜、透镜等光学设备，极大程度的增加了该系统的不稳定性及精密程度，可能导致系统易受损或存在设备难以运输等问题。为了实现SF6分解组分的在线检测，对于装置的精密性及便携性提出了极高的要求，因此需提供一种满足要求的微纳光纤作为气体浓度传感器。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种钯掺杂碳纳米管的微纳光纤气体传感器及其制备方法与应用，气体检测灵敏度高。

为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种钯掺杂碳纳米管的微纳光纤气体传感器，包括依次连接的激光器、钯掺杂碳纳米管的微纳光纤、检测器。

优选的，所述钯掺杂碳纳米管的微纳光纤包括位于中部的微纳光纤区、位于微纳光纤区两侧的单模光纤区，所述微纳光纤区包括束腰均匀区以及位于所述束腰均匀区两侧的锥形区，所述微纳光纤区沉积有钯掺杂碳纳米管层。

第二方面，本申请提供一种钯掺杂碳纳米管的微纳光纤气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1.获取洁净的单模光纤，在加热条件下，拉制所述单模光纤形成具有微纳光纤区及单模光纤区的半成品；

S2.将所述半成品的微纳光纤区置于钯掺杂碳纳米管的去离子水溶液中，将所述单模光纤区的一端与激光器连接，并向所述半成品内通入激光以将所述钯掺杂碳纳米管沉积至所述微纳光纤区表面，即得所述钯掺杂碳纳米管的微纳光纤气体传感器。

优选的，所述洁净的单模光纤的获取方式如下：利用剥线钳去除单模光纤的涂覆层，而后用含酒精的无纺布进行擦拭。

优选的，所述钯掺杂碳纳米管的制备方法包括如下步骤：

K1.将碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合液中，水浴下超声震荡后，离心分离，得到沉淀物；

K2.将所述沉淀物分散于去离子水中，而后滴入至含有钯源的无电沉积液中，再经过滤干燥，得到钯掺杂碳纳米管；

优选的，所述无电沉积液的制备步骤如下：将乙二胺四乙酸二钠、氯化钯溶解于稀氨水中，搅拌至完全溶解，后滴入盐酸联氨溶液中，即得所述无电沉积液。

优选的，所述浓硝酸与浓硫酸的体积比为1:3。

优选的，所述水浴温度为60-70℃。