引用本文:
洪婉玲,赵春柳,徐睿,等. 涂覆介孔型Pt/WO3膜的光纤布喇格光栅氢气传感器[J]. 光通信技术,2021,45(11):6-10.
洪婉玲,赵春柳*,徐 睿,康 娟,徐 贲,沈常宇,王东宁
(中国计量大学 光学与电子科技学院,杭州 310018)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:光纤布喇格光栅(FBG)因其响应速度快和准分布式测量等优势广泛应用于氢气测量领域。为进一步扩大氢气浓度测量范围,提出一种基于介孔型掺铂三氧化钨(Pt/WO3)粉末的FBG氢气传感器,并级联一个FBG传感头用以温度补偿。实验结果表明:将氢气浓度从0递增到32%,FBG的中心波长最大飘移量为320 pm,响应时间约为10 s,并且在0~14%氢气浓度范围内有较好的线性关系,灵敏度为11.69 pm/%H2,可以实现准分布的氢气浓度传感。
关键词:氢气传感器;布喇格光纤光栅;温度补偿;大范围氢气浓度;Pt/WO3粉末
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)11-0006-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.11.002
0 引言
氢气作为一种可再生能源[1],因其自身的一些特性(燃烧热值高、分布广泛和清洁无污染)受到人们的广泛关注,具有广阔的市场应用前景。例如,天然气混合氢气一直是国内外氢气运输和规模化使用的重要研究方向[2]。近日,英国首个天然气掺氢比例达到20%(体积百分比)的示范项目已投入运营。因此,设计一种能对大范围氢气浓度进行准确快速地实时监测的氢传感器,对我国氢能产业发展具有重要的意义。
目前,氢气传感器大多基于电学传感原理,虽然成本低、技术较为成熟,但仍存在寿命短、易受温度湿度影响和产生的电火花易引起爆炸等问题。光纤氢气传感器因具有避免火花产生、抗电磁干扰等独特优势,成为氢气传感器的重点研究方向之一,包括基于法布里珀罗(F-P)干涉、游标效应、表面等离子体共振型和布喇格光纤光栅(FBG)等类型[3-6]的光纤氢气传感器。前3种类型的光纤氢气传感器虽然具有较高的灵敏度,但氢气浓度的测量范围只有0~1%,不适用于大范围的氢气浓度的检测。FBG是一种获得广泛应用的光纤传感器,技术相对成熟,在氢气浓度传感方面,研究人员做了许多有益的尝试[7-10]。FBG氢气传感器具有可大范围检测氢气浓度、响应速度快和准分布式测量等优势,是实现大范围氢气浓度传感技术中最具有实际应用价值的氢气传感器之一。
本文提出一种基于介孔型掺铂三氧化钨(Pt/WO3)粉末的FBG氢气传感器[11],并级联一个FBG传感头用以温度补偿,实现大范围氢气浓度监测。
3 结束语
本文研究了基于Pt/WO3粉末的FBG氢气传感器的传感特性。实验结果表明:该传感器能实现大范围氢气浓度监测,在0~32%氢气浓度范围内,FBG1的中心波长最大飘移量为320 pm,并且在0~14%氢气浓度范围内有较好的线性关系,灵敏度为11.69 pm/%H2,响应时间约为10 s。作为温度补偿的FBG2中心波长没有发生变化,排除了环境温度对FBG氢气传感器的干扰。重复了3次上述实验,证明了FBG氢气传感器具有较好的重复性。该研究有望实现对大范围氢气浓度的准确、快速和安全测量,有助于推动FBG 氢气传感器在我国氢能产业发展领域的应用。
致谢:感谢武汉理工大学杨明红教授课题组在氢敏材料方面的支持。