一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置。
【背景技术】
[0002]在氢敏感技术中普遍采用钯(Pd)作催化物质，当氢气体遇到Pd膜后首先被吸附然后内吸收，此催化反应是可逆的。吸氢后的Pd膜通常有两种固溶体存在，表现为α相和β相，α相到β相的转化与氢气的浓度和表面环境温度有关。不相同的晶格参数相差很大，反复的吸附和脱附会导致金属晶格的错位，致使Pd膜经受几个吸氢放氢周期后便会扭曲以致破损，所以须补偿环境温度的影响从而减缓α相到β相的转变。目前，在光纤氢敏传感器研究方面使用最多的是在光纤端面镀一层或多层Pd膜使之构成微透镜方法；另外使用Pd膜和非晶体的WO3作氢气催化剂也是早期方案之一，即除了在在光纤端面镀Pd膜夕卜，在镀一层WO3膜，由于这种传感器能够对SOOnm的光波产生强烈吸收，因此该方法对氢气的敏感具有很高的灵敏度，但唯一不足的是响应速度比较慢；近年来，关于在光纤表面产生等离子共振波的结构的氢敏传感器和Evanescent结构的氢敏传感器已有报导，这些方法对氢气敏感的灵敏度均有不同程度的提高，但测试精度一般很难以达到0.1%。因此在测试精度要求比较高的场合，如氢气敏感精度高于0.05%的场合,光纤光栅是我们首选的方案。当紫外线照射光敏光纤可使其折射率发生永久性变化，根据这个效应对光纤周期性曝光，从而得到光纤光栅。光纤光栅具有反射带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、与光纤耦合好、与其它光纤器件兼容和不受环境尘埃影响等一系列优异性能。
[0003]使用布拉格光纤光栅(FBG)构成氢敏传感原理是:在光纤光栅上派射Pd膜，H2遇Pd膜后很快被吸附并进而吸收生成PdHx，生成PdHx后体积会随氢气浓度的变化而产生收缩或膨胀，Pd膜体积膨胀或收缩可以引起光栅周期改变，导致布拉格波长λΒ改变。另外温度变化引起光栅周期变化同样也会改变布拉格波长λΒ，因此需要使光纤光栅的环境温度变化不敏感。
【发明内容】
[0004]为了能提高氢气的灵敏度，降低外界环境对测试系统的影响，本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅温度不敏感的Pd膜氢敏感装置。
[0005]为达到上述目的本发明采用的技术方案是:它包括两个V型支架，通过中间铰链连接形成V字形钳形结构，将镀有与氢气敏感的Pd膜的光纤光栅粘合在两个V型支架一端的两侧臂之间，一根金属丝的两端分别与装在V型支架的另一端两侧臂上的调整螺钉连接并固定。
[0006]本发明的有益效果是:在一根光纤光栅上镀有与氢气敏感的Pd膜，构成氢气敏感传感器。通过两个V型支架构成钳形结构，金属丝具有一定的膨胀系数，通过调整螺钉来调整金属丝的预应力从而实现对环境温度的变化不敏感。由于金属丝热膨胀系数比光纤大，其膨胀量也比光纤大，依靠通过中间铰链连接起来的两个V型支架的杠杆原理。调节金属线的长度和位置来使光纤光栅所受的应力变化达到一个合适的值，从而补偿了温度造成的光纤光栅布拉格波长入，的漂移。它可以使其对环境温度的变化不敏感，测试系统性能可靠，抗干扰性强、精度高，它能够在相对恶劣的环境中精确地检测氢气的浓度，一般测试精度可达0.05%。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的氢气敏感光纤光栅结构不意图；
[0008]图2是本发明的结构原理示意图。
[0009]图中:1、光纤光栅2、Pd膜3、V型支架4、V型支架5、铰链6、调节螺钉7、金属丝8、调整螺钉。
【具体实施方式】
[0010]如图1所示，传感光纤光栅中，在光纤上制作光纤光栅I，在光纤光栅I上镀有Pd膜2，Pd膜2的厚度在1nm?30nm之间。
[0011]如图2所示，本发明它包括两个V型支架3、4，通过中间铰链5连接形成V字形钳形结构，将镀有与氢气敏感的Pd膜2的光纤光栅I用环氧树脂粘合在两个V型支架3、4 一端的两侧臂之间，一根金属丝7的两端分别与装在V型支架3、4的另一端两侧臂上的调整螺钉6、8连接并固定。两调整螺钉均可纵向移动(即调整杠杆臂长)。先调节螺钉6，使光纤光栅3的布拉格波长为λ B，此时氢气浓度为零，调好后用环氧树脂粘合。如当温度升高后，光纤芯的折射率和光纤光栅I的周期都将变大，因而光纤光栅I的调谐波长将向长波方向移动，而金属丝7由于热膨胀系数比光纤大，其膨胀量也比光纤大。依靠通过中间铰链5连接起来的两个V型支架3和4形成的杠杆，使光纤光栅3所受的应力合适变小，从而补偿了光纤光栅的温度升高造成的波长漂移(若补偿过多或不够，则可合适调节螺杆6和8同时纵向移动，即调节杠杆臂长；调节好对某一温度变化不敏感后，则对其它温度变化也不敏感)。因此只有氢气的浓度变化会改变布拉格波长λ B，测量布拉格波长λ B的漂移大小，则可测出氢气的浓度。
【主权项】
1.一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置，其特征在于:它包括两个V型支架(3、4)，通过中间铰链(5)连接形成V字形钳形结构，将镀有与氢气敏感的Pd膜(2)的光纤光栅(I)粘合在两个V型支架(3、4) 一端的两侧臂之间，一根金属丝(7)的两端分别与装在V型支架(3、4)的另一端两侧臂上的调整螺钉(6、8)连接并固定。通过调整螺钉来调整金属丝的预应力从而实现对环境温度的变化不敏感。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置，其特征在于:所述的Pd膜(2)的厚度在1nm?30nm之间。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤光栅温度不敏感的钯膜氢敏感装置，它包括两个V型支架，通过中间铰链连接形成V字形钳形结构，将镀有与氢气敏感的Pd膜的光纤光栅粘合在两个V型支架一端的两侧臂之间，一根金属丝的两端分别与V型支架的另一端两侧臂的调整螺丝连接并固定。通过铰链链接的两个V型支架的杠杆原理，调节金属线的长度和位置来使光纤光栅所受的应力变化达到一个合适的值，从而使补偿温度造成的光纤光栅布拉格波长λB的漂移。可以使其对环境温度的变化不敏感，测试系统性能可靠，抗干扰性强、精度高，它能够在相对恶劣的环境中精确地检测氢气的浓度，一般测试精度可达0.05%。
【IPC分类】G01N21-17
【公开号】CN104655569
【申请号】CN201310596269
【发明人】鞠洪建
【申请人】大连惟康科技有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月21日