三光束干涉型氫氣傳感器.pdf

1、氫能作為一種儲(chǔ)量豐富、熱值高、無(wú)污染的新能源，是解決我國(guó)能源短缺問(wèn)題的重要途徑之一。目前，液態(tài)氫能已經(jīng)成為航天飛機(jī)和運(yùn)載火箭的主要燃料之一，在新能源汽車(chē)、石油化工、食品加工、國(guó)防軍事等許多領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。但隨之而來(lái)的，則是關(guān)于氫氣生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用中的安全隱患。
　　本文研究了一種基于腐蝕漸變折射率多模光纖的三光束干涉型光纖氫氣傳感器，主要研究其作為折射率傳感器和氫氣傳感器的性能：
　　(1)首先，我們制作了

2、210多個(gè)傳感器進(jìn)行分析。我們分別對(duì)傳感器的對(duì)比度和光斑大小進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)隨著 GI-MMF長(zhǎng)度的增加，反射光譜干涉條紋對(duì)比度和端面光斑大小都呈現(xiàn)周期性的變化，其中端面光斑大小變化的周期大約是520μm，這與我們用Rsoft軟件仿真的結(jié)果一致，反射光譜干涉條紋對(duì)比度變化的周期大約是其一半。
　　(2)其次，我們研究了三光束干涉型光纖傳感器測(cè)量液體折射率的性能。通過(guò)單個(gè)傳感器的折射率實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)這種傳感器的光譜隨著折射率的增大，

3、光譜的干涉條紋對(duì)比度發(fā)生了明顯變化。通過(guò)溫度實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)干涉條紋隨著溫度的變化發(fā)生了漂移，但是經(jīng)過(guò)FFT變換，傳感器對(duì)應(yīng)的峰值卻沒(méi)有發(fā)生明顯變化，因此，我們從 FFT變換譜上來(lái)看折射率引起的峰值變化，就可以忽略溫度對(duì)傳感器的影響。提取峰值進(jìn)行線性擬合，可以看到數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在一條直線附近，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)滿足線性關(guān)系：0V?1.60313?1.07985n，擬合線性度為0.99713，歸一化之后的靈敏度可以達(dá)到-1.079

4、85/RIU。
　　(3)然后，我們研究了傳感器測(cè)量液體折射率的復(fù)用性能。四個(gè)傳感器的折射率復(fù)用實(shí)驗(yàn)表明，這種傳感器能滿足至少10個(gè)傳感器的復(fù)用，F(xiàn)FT變換譜有明顯變化。折射率與傳感器 FFT變換譜峰值的變化量的曲線符合線性擬合曲線關(guān)系：0V?0.18578-0.14036n，擬合線性度達(dá)到-0.99634。同時(shí)我們對(duì)復(fù)用傳感器做了100℃以下的溫度實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)選定的傳感器FFT變換譜峰值并沒(méi)有明顯變化，第二個(gè)傳感器FFT峰值的改變

5、量只有0.00068，靈敏度為8.5×10-6/℃，因此，溫度的交叉靈敏度為6.0×10-5 RIU/℃，相對(duì)于折射率引起的傳感器FFT峰值變化來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很小的值，我們可以認(rèn)為傳感器在不高于100℃的環(huán)境下是對(duì)溫度不敏感的。
　　(4)最后，我們對(duì)鍍了氫敏薄膜的傳感器進(jìn)行了研究。鍍純Pd膜和Pd-Y合金膜的傳感器均有很好的傳感靈敏度，傳感器的干涉條紋對(duì)比度隨著氫氣濃度的增加而減小，但是實(shí)驗(yàn)中可以看出，Pd-Y合金膜的傳感器反應(yīng)