三光束干涉型自聚焦光纤氢气传感理论及关键技术研究

氢能是解决我国能源短缺问题的重要途径之一，氢能存储和使用中的氢气安全监测至关重要。光纤氢气传感器因本质安全已成为最重要的氢气检测方法之一。但现有光纤氢气传感器还无法同时实现高精度和多点检测。为解决该问题，本项目在申请人前期研究结果的基础上，提出了基于三光束干涉和自聚焦效应的新型光纤氢气传感器。与传统双光束干涉型光纤传感器相比，提高了干涉条纹对比度，有利于提高其测量精度和多点检测能力。重点研究内容包括：（1）建立氢气传感理论模型，分析氢敏机理；（2）采用对比度和波长双参数同时测量方法，消除温度交叉敏感效应，提高测量精度；（3）采用空间频率复用技术，实现氢气的多点检测。本项目研制的光纤氢气传感器有望用于航空航天等氢燃料应用领域。另外，三光束干涉型自聚焦光纤传感技术具有一定的普适性，若采用其他气体敏感膜替换氢敏薄膜，可以实现对其他类型气体的高精度检测。因此，本项目对气体检测有普遍的重要意义。

本项目在国家自然科学基金项目支持下，开展了以下几个方面的研究工作：.（1）光纤微结构制备方法，包括光纤微干涉结构和自聚焦光纤锥结构，为提高气体传感灵敏度奠定了基础；.（2）光纤双参数传感研究，包括折射率/温度、微牛力/温度等，为研究光纤氢气敏感膜的折射率、微应变效应积累了经验；.（3）光纤气体传感器，研究了Pd、Pd-Y、石墨烯等气体敏感膜与不同类型光纤微结构结合的气体传感性能；.（4）光纤传感器复用方法，研究了光纤三光束干涉型传感器的空域频分复用性能。.已发表学术论文19篇，包括SCI期刊论文13篇，获授权发明专利2项，申请3项；指导硕士研究生10名；参加国际会议2次。参与获省部级一等奖1项、参与撰写国际专著（待出版）1部。