一種基于光纖光柵微腔的fpi氫氣傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]法布里-1自羅干涉儀(Fabry-Perot interferometer，簡(jiǎn)稱(chēng)FPI)早在19世紀(jì)末就已問(wèn)世，但基于光纖的FPI知道20世紀(jì)80年代初才制作成功，目前已經(jīng)應(yīng)用于溫度、應(yīng)力、電流、電壓等傳感中。光纖FPI傳感器的特點(diǎn)是采用單根光纖、利用多光束干涉原理來(lái)檢測(cè)被測(cè)量，避開(kāi)了 Michelson和Mach-Zehnde干涉?zhèn)鞲兴鑳筛饫w配對(duì)移機(jī)必須對(duì)偏振進(jìn)行補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題。此外光纖FPI傳感器對(duì)任何導(dǎo)致其兩個(gè)反射距離發(fā)生變化的物理量靈敏度極高，而且傳感區(qū)域小，在很多應(yīng)用中可被視為“點(diǎn)”測(cè)量；加之其結(jié)果簡(jiǎn)單、體積小、復(fù)用能力強(qiáng)、抗干擾、重復(fù)性好等優(yōu)勢(shì)，在嵌入式測(cè)量更是倍受青睞，成為實(shí)現(xiàn)所謂人工智能結(jié)構(gòu)和材料等相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0003]近年來(lái)全球變暖的趨勢(shì)日益嚴(yán)重，遏制全球變暖的趨勢(shì)已成為當(dāng)今時(shí)代環(huán)保的一項(xiàng)重要任務(wù)，而全球變暖主要就是因?yàn)楹芏嗷剂先紵尫帕舜罅康腃O2破壞臭氧層引起的，因此使用不排放CO2可在生的新能源已成為一種必然趨勢(shì)。氫能源作為一種綠色能源，其燃燒產(chǎn)物只有水，以其分布廣泛(有水即可制氫)、可再生永不枯竭、無(wú)污染、能量密度大和應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到人們的青睞，具有廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。因此，檢測(cè)氫氣的濃度和預(yù)防其泄露是至關(guān)重要的。
[0004]光纖型氫氣傳感器是將氫敏材料涂到光纖器件上，氫氣濃度變化時(shí)，氫敏材料就會(huì)發(fā)生反應(yīng)從而使光纖中光信號(hào)的波長(zhǎng)或強(qiáng)度發(fā)生改變，通過(guò)對(duì)光信號(hào)改變量的檢測(cè)來(lái)獲得氫氣的濃度。目前主要的光纖氫氣傳感器有四類(lèi):以光的干涉為基礎(chǔ)的干涉型氫氣傳感器、以光的反射為基礎(chǔ)的微透鏡型氫氣傳感器、以光的傳輸損耗為基礎(chǔ)的消逝場(chǎng)型氫氣傳感器、以光柵為基礎(chǔ)的光柵型氫氣傳感器。這些傳感器使用光作為媒介，無(wú)需加熱，因此用于檢測(cè)氫氣濃度具有很高的安全性，而且它在常溫下就有良好的敏感性，故在常溫下適用，此外光纖傳感器使用適當(dāng)波長(zhǎng)的光和光纖就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)。大都以Pd或者Pt/W03作為敏感材料，在測(cè)量氫氣濃度過(guò)程中，隨著氫氣與敏感膜的作用，傳感頭的環(huán)境溫度可能會(huì)變化，進(jìn)而影響測(cè)量的精確度與靈敏度，如若想要消除環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精度和靈敏度的影響，還需用光纖光柵來(lái)再次測(cè)量，操作繁瑣，而且結(jié)構(gòu)疏散；在傳感器的使用時(shí)，多次使用后，敏感膜容易脫落，不利于重復(fù)利用。
[0005]針對(duì)上述氫氣傳感器中所遇到的環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精確度與靈敏度的影響、敏感膜的重復(fù)利用率差、操作繁瑣及結(jié)構(gòu)疏散等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出一種一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。本實(shí)用新型中以鍍有Pt/W0j莫的光纖光柵微腔FPI為傳感頭，微腔加工在光纖光柵柵區(qū)中間位置，隨著氫氣濃度的變化，PVWO3膜與氫氣發(fā)生反應(yīng)，使膜的折射率發(fā)生變化，會(huì)改變FP腔的長(zhǎng)度，在此結(jié)構(gòu)中，特定波長(zhǎng)的光被反射，其余透射光的相位在FP腔中發(fā)生改變，從而干涉波峰的位置發(fā)生變化。然而在Pt/W0j莫與氫氣發(fā)生反應(yīng)過(guò)程中，環(huán)境溫度可能會(huì)發(fā)生變化，對(duì)測(cè)量結(jié)果的精確度造成影響。由于有光纖光柵的存在，可以在測(cè)量氫氣濃度的同時(shí)可以監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，所以能夠消除環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。因此，本實(shí)用新型提出的一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器可以提高測(cè)量的精確度與靈敏度，結(jié)構(gòu)緊湊，安全可靠，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服氫氣傳感器中所遇到的環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量精確度與靈敏度的影響、敏感膜的重復(fù)利用率差、操作繁瑣及結(jié)構(gòu)疏散等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出一種結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，可以消除環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響的一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器。
[0007]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案:
[0008]一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器，包括:寬帶光源、單模傳輸光纖、鍍有Pt/W03膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭、氣室以及光譜儀。
[0009]寬帶光源的輸出端與單模傳輸光纖相連，單模傳輸光纖與處于氣室內(nèi)的鍍有Pt/WO3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭的輸入端相連，鍍有Pt/W0 3膜的光纖光柵微腔FPI傳感頭的輸出端與單模傳輸光纖相連，單模傳輸光纖與光譜儀相連。光纖光柵上微腔寬度在35 μπι?45 μπι之間，深度在66.6 μπι?76 μπι之間，形成FPI結(jié)構(gòu)，Pt/W0j莫的厚度在10nm?120nm之間；由光纖光柵微腔FP1、Pt/W0j莫構(gòu)成光纖光柵微腔FPI傳感頭，微腔加工在光纖光柵中間位置。光譜儀作為氫氣傳感器的解調(diào)器。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0011]本實(shí)用新型利用光纖光柵、微腔、Pt/W03膜構(gòu)成傳感頭，微腔加工在光纖光柵中間位置，當(dāng)外界環(huán)境中氫氣濃度發(fā)生變化時(shí)，鍍有Pt/woj莫的傳感頭中Pt/WO 3膜的折射率會(huì)發(fā)生變化，會(huì)改變FP腔的長(zhǎng)度，在此結(jié)構(gòu)中，特定波長(zhǎng)的光被反射，其余透射光的相位在FP腔中發(fā)生改變，從而干涉波峰的位置發(fā)生變化，進(jìn)而影響干涉譜的變化。通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng)的漂移量，可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的氫氣濃度測(cè)量。然而在PVWO3膜與氫氣發(fā)生反應(yīng)過(guò)程中，環(huán)境溫度可能會(huì)發(fā)生變化，對(duì)測(cè)量結(jié)果的精確度造成影響。由于有光纖光柵的存在，可以在測(cè)量氫氣濃度的同時(shí)可以監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，所以能夠消除環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果精確度的影響。
[0012]本實(shí)用新型利用Pt/W0j莫作為涂覆材料，對(duì)氫氣有很好的選擇性，實(shí)現(xiàn)高靈敏度的氫氣濃度的測(cè)量，而且可以重復(fù)利用，PVWO3膜不易脫落
[0013]本實(shí)用新型中將微腔加工在光纖光柵上，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，避免復(fù)雜的測(cè)量系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為一種基于光纖光柵微腔的FPI氫氣傳感器結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)