一种光纤氢气传感器的制作方法

    专利2025-03-30  30


    本技术属于传感器领域,更具体地,涉及一种光纤氢气传感器。


    背景技术:

    1、氢气作为一种清洁能源,在新能源领域中起着举足轻重的作用,尤其是燃料电池、动力汽车。但是氢气化学性质活泼,在空气中浓度范围为4~75vol%时具有爆炸的危险,极大地限制了氢气的生产、储存、运输和使用。

    2、光纤光栅传感技术有着本质安全、抗电磁干扰能力强、测量精度高、可实现多参量、长距离、准分布式测量等优点,已被广泛应用到多个工业生产领域。

    3、光纤氢气传感器的传感机制基于氢气被吸附到氢敏材料涂层后引起的光栅波长的改变,氢敏材料的性能直接决定氢气传感器的性能。钯(pd)因对氢气具有可逆的吸收性和特殊的选择性而被广泛用于氢气传感器中的氢敏材料。

    4、在测量氢气浓度过程中,光纤氢气传感器的环境温度可能会变化,光纤光栅对温度敏感,进而影响氢气的测量精确度和灵敏度;另外钯膜表面附着水分子、粉尘颗粒后,会限制氢原子的局部扩散速度,进而影响氢气的测量精确度和灵敏度。


    技术实现思路

    1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本实用新型提供了一种光纤氢气传感器,其测量准确且精度高。

    2、为实现上述目的,按照本实用新型,提供了一种光纤氢气传感器,其特征在于,包括传感光纤、毛细管、传感器内壳、过滤网和传感器外壳,其中:

    3、所述传感光纤的纤芯通过刻蚀形成第一光纤光栅和第二光纤光栅,所述第一光纤光栅和第二光纤光栅均位于所述毛细管内且所述传感光纤固定在所述毛细管的内壁上,所述传感光纤的纤芯在对应于第二光纤光栅的部分包覆有钯层,所述毛细管的侧壁上分布有氢气进出通孔;

    4、所述传感器内壳内安装所述毛细管,并且所述传感器内壳在对应于所述氢气进出通孔的位置分别设置有第一氢气入口和第一氢气出口,所述第一氢气入口处安装所述过滤网,所述传感器内壳的内腔与所述第一氢气入口、第一氢气出口和氢气进出通孔分别连通;

    5、所述传感器内壳安装在所述传感器外壳内,所述传感器外壳上设置有第二氢气入口和第二氢气出口,所述传感器内壳将所述传感器外壳的内腔分隔为第一内腔和第二内腔,所述第一内腔与所述第一氢气入口和第二氢气入口分别连通,所述第二内腔与第一氢气出口和第二氢气出口连通;

    6、所述传感光纤的一端穿过所述传感器内壳和传感器外壳后外露于所述传感器外壳,并且传感光纤与传感器内壳和传感器外壳分别密封连接。

    7、优选地,所述传感光纤对应第二光纤光栅每一端的未刻蚀部分通过胶水粘贴在所述毛细管的内壁上。

    8、优选地,所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的栅区长度均为4mm~6mm,两个光纤光栅的间距为15mm~25mm。

    9、优选地,所述第一光纤光栅和第二光纤光栅以自然松弛的状态固定在所述毛细管内。

    10、优选地,所述毛细管的内径为0.8mm~1.2mm,外径为4mm~6mm,在毛细管的内壁设有两个凹槽,每个所述凹槽内分别填有胶水,以将传感光纤在第二光纤光栅两端的未刻蚀部分固定在毛细管上。

    11、优选地,所述过滤网包括沿着氢气的流动方向依次布置的一层不锈钢丝网、一层颗粒过滤层、一层过滤棉和一层eptfe疏水透气层。

    12、优选地,所述第一氢气出口处也设置有过滤网。

    13、优选地,所述毛细管的开口端与所述传感器内壳的内壁抵接在一起。

    14、优选地,所述第一光纤光栅设置在所述第二光纤光栅和所述毛细管的管底和之间。

    15、优选地,所述传感器内壳包括腔体和分隔板,所述分隔板连接所述腔体的外壁和所述传感器外壳的内壁。

    16、总体而言,通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:

    17、1)本实用新型采用光纤光栅来检测氢气,测量精度高,并且利用传感器内壳上的过滤网对氢气进行过滤,可过滤掉氢气中的杂质,可提高光纤光栅的测量准确度。

    18、2)本实用新型在对应第二光纤光栅的部位设置了钯层,而第一光纤光栅可作为温度补偿光纤光栅,消除环境温度干扰,提升传感器的灵敏度和精确度。



    技术特征:

    1.一种光纤氢气传感器,其特征在于,包括传感光纤、毛细管、传感器内壳、过滤网和传感器外壳,其中:

    2.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述传感光纤对应第二光纤光栅每一端的未刻蚀部分通过胶水粘贴在所述毛细管的内壁上。

    3.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的栅区长度均为4mm~6mm,两个光纤光栅的间距为15mm~25mm。

    4.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述第一光纤光栅和第二光纤光栅以自然松弛的状态固定在所述毛细管内。

    5.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述毛细管的内径为0.8mm~1.2mm,外径为4mm~6mm,在毛细管的内壁设有两个凹槽,每个所述凹槽内分别填有胶水,以将传感光纤在第二光纤光栅两端的未刻蚀部分固定在毛细管上。

    6.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述过滤网包括沿着氢气的流动方向依次布置的一层不锈钢丝网、一层颗粒过滤层、一层过滤棉和一层eptfe疏水透气层。

    7.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述第一氢气出口处也设置有过滤网。

    8.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述毛细管的开口端与所述传感器内壳的内壁抵接在一起。

    9.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述第一光纤光栅设置在所述第二光纤光栅和所述毛细管的管底和之间。

    10.根据权利要求1所述的一种光纤氢气传感器,其特征在于,所述传感器内壳包括腔体和分隔板,所述分隔板连接所述腔体的外壁和所述传感器外壳的内壁。


    技术总结
    本技术公开了一种光纤氢气传感器,包括传感光纤、毛细管、传感器内壳、过滤网和传感器外壳,传感光纤的纤芯通过刻蚀形成第一光纤光栅和第二光纤光栅,第一光纤光栅和第二光纤光栅均固定在毛细管的内壁上,传感光纤的纤芯在对应于第二光纤光栅的部分包覆有钯层,毛细管上设有氢气出入通孔;传感器内壳上设有第一氢气入口和第一氢气出口,第一氢气入口处安装过滤网;传感器外壳上设有第二氢气入口和第二氢气出口;传感光纤的一端穿过传感器内壳和传感器外壳后外露于传感器外壳。本技术测量精度高,利用传感器内壳上的过滤网对氢气进行过滤,可过滤掉氢气中的杂质,可提高光纤光栅的测量准确度。

    技术研发人员:谭凯,李立彤,林海,艾岭,徐义
    受保护的技术使用者:湖北特种设备检验检测研究院
    技术研发日:20230828
    技术公布日:2024/4/29
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