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氢燃料是最具吸引力的燃料之一,然而氢气的高度易燃性和易爆性,使其在氢燃料的存储、使用和运输的过程中可能产生危险。因此,实时准确地测量氢气浓度具有十分重要的意义。本文基于氢敏感膜传感原理,研究开发光纤氢气传感器,进行系统测试实验,以达到光纤氢气传感器产品化的目的。本文着重研究了不同的光纤(如单模光纤、多模光纤)侧面或端面上镀Pd膜、Pd/WO3复合膜的氢气传感特性。采用化学腐蚀、光学研磨、端面切割等手段对光纤进行加工,获得特定的结构,然后镀Pd膜、Pd/WO3复合膜制成氢敏传感探头;对传感探头进行氢敏测试,最后分析了测试实验数据。本研究内容包括:
1.光纤光线传输理论分析。分析了单/多模光纤的光传输理论,光纤光学波动理论,单/多模光纤渐逝场原理以及微透镜型光纤氢气传感原理。
2.腐蚀型光纤氢敏传感元件制作工艺研究。影响腐蚀型光纤氢敏传感元件性能的因数很多,但主要的是腐蚀液配比浓度,腐蚀时间,腐蚀温度。本文通过控制上述因数完善了传感元件制作工艺。
3.侧面抛光型光纤氢敏传感元件制作工艺研究。本文采用经特殊工艺处理的侧面抛光型光纤作为传感元件,克服了传统侧面抛光光纤容易断裂的缺点。
4.Pd膜、Pd/ WO3复合膜氢敏感膜层理化分析。本文提出利用两种结构的Pd/WO3复合膜替代Pd膜抑制相变。通过对膜层的理化分析,优化了镀膜工艺。
5.氢气传感测试系统设计与实验数据分析。测试系统经过一系列改进,设计了气室和浓度测量方式,利用氢气在线监测仪实时检测氢气浓度,提高实验数据的可靠性。