光纤微腔氢气传感器及其自标定技术研究

Optical fiber hydrogen sensing becomes more popular due to their advantages over electronic systems, such as electric insulation, remote sensing, and small volume, and compact structure. Numerous structures of optical fiber hydrogen sensors have been proposed, however, there are still some problems on response time, repeatability, lifetime, zero shift, and so on. In the proposal, we propose “optical fiber micro cavity hydrogen sensors and their Self calibration technologies”. Optical fiber hydrogen sensors with high sensitivity will be achieved by combining micro cavities with Vernier effect and with a Ag/Pd hybrid film. Further, Self calibration technology will be developed by utilizing “two rulers” of the proposed fiber micro cavity structure. Through the project, the optical fiber hydrogen sensing principle will be understand deeply. Stability and sensitivity of the Hydrogen sensor will be increased. The zero shift problem of optical fiber hydrogen sensors will be solved effectively. The proposed sensors have wide and potential applications on hydrogen energy, melting, micro-chipping fabrication, and oil industries.

光纤氢气传感技术本质安全，具有可远距离传输,能实现多点、连续实时的监测，是国际上氢气传感器发展的主流方向。然而，光纤氢气传感器依旧存在着响应时间长，重复性差，寿命短及零点漂移等问题，无法满足实际应用需要。这些问题的解决需要在氢气敏感材料和光纤传感原理方面都能有所突破。本项目主要进行“光纤微腔氢气传感器及其自标定技术研究”，一方面，拟利用具有游标放大效应的新型光纤微腔结构大幅提高光纤氢气传感器的灵敏度；在深入研究银钯合金薄膜感氢机理的基础上，解决光纤氢气传感器存在的响应时间长，重复性差，寿命短等问题；另一方面，拟研究光纤微腔氢气传感器的自标定技术，利用光纤微腔双F-P结构的“双标尺”，解决银钯合金光纤氢气传感器的零点漂移问题。本课题的研究成果对于氢能使用时的安全实时报警监控，以及在冶炼、电子微芯片制造和石油工业等使用氢气的环境检测都将具有重要的意义和实际的应用价值。

光纤氢气传感技术本质安全，具有可远距离传输,能实现多点、连续实时的监测，是国际上氢气传感器发展的主流方向。然而，光纤氢气传感器依旧存在着响应时间长，重复性差，寿命短及零点漂移等问题，无法满足实际应用需要。这些问题的解决需要在氢气敏感材料和光纤传感原理方面都能有所突破。本项目主要进行“光纤微腔氢气传感器及其自标定技术研究”，全面开展了光纤游标效应、光纤微腔、光偏振调制、氢气敏感材料的制备等研究，提出并实现了基于游标效应的光纤级联FPI氢气传感器、基于内嵌式双C腔的光纤微腔氢气传感器、基于光偏振调制的反射式光纤氢气传感器等，获得了高灵敏、高稳定的光纤氢气传感器，开展了相关复用技术研究，开发了分布式光纤氢气泄露监测系统。与同类型传感器相比，所研制的光纤氢气传感器具有灵敏度高、稳定性好、重复性好和检出限低的优点。本课题的研究成果为光纤氢气传感器实用化打下基础，对于氢能使用时的安全实时报警监控，以及在冶炼、电子微芯片制造和石油工业等使用氢气的环境检测都将具有重要的意义和实际的应用价值。