基于化学方法镀膜的倾斜光纤光栅氢气传感器

论文摘要

本文提出了一种使用化学方法镀钯(Pd)膜的倾斜光纤光栅(TFBG)氢气传感器。金属钯因其优良的吸氢能力可被用作检测氢气的敏感元件。钯通过敏化与活化和化学镀膜两步在TFBG表面形成一层均匀的金属薄膜,其花菜形的膜表面结构拥有较大的表面积,可以快速吸收大量氢气。钯膜吸收氢气会导致TFBG的透射光谱中布拉格峰和包层模式的不同步变化,通过计算即可消除因钯膜吸氢膨胀所引起的交叉干扰。因此该装置可以在检测氢气泄露的同时监测管道中裂缝,且能够通过计算获得仅针对氢气浓度而变化的特异性检测参数。本文中所制造的传感器检测了在氢气爆炸极限内(4%)的数组数据,其可以在5分钟内快速响应最低1%的氢气浓度信号。该化学镀膜方式具有成本低,操作简单,适合在长纤维结构上涂覆等优点。该传感器被证实可以特异性检测氢气浓度并通过计算避免温度变化和光纤微形变造成的交叉干扰,因此可以成为工业中安全应用的良好候选者。

论文目录

摘要

Abstract

引言

1 绪论

1.1 光纤氢气传感器简介

1.1.1 光纤传感器的原理

1.1.2 光纤氢气传感器的类型

1.1.3 光纤氢气传感器研究现状

1.2 光纤光栅概述

1.2.1 光纤光栅发展历史

1.2.2 光纤光栅的应用

1.2.3 光纤光栅的分类

1.2.4 光纤光栅类传感器的优势

1.3 倾斜光纤光栅简介

1.3.1 光纤光栅的制作

1.3.2 倾斜光纤光栅的制作

1.4 金属钯的性质及其镀膜方法

1.4.1 钯的性质

1.4.2 钯金属的晶格结构

1.4.3 钯的折射率与氢气浓度的关系

1.4.4 钯的合金膜氢敏材料

1.4.5 钯膜的制备方法

1.4.6 使用化学镀法的原因

1.5 本章小结

1.6 论文研究内容

2 倾斜光纤光栅的传感理论与传感特性

2.1 光纤传输的基本理论

2.2 倾斜光纤光栅的传感原理

2.3 倾斜光纤光栅耦合模式理论

2.4 倾斜光纤光栅包层模式和辐射模式耦合理论

2.5 倾斜光纤光栅传感特性

2.5.1 倾斜光纤光栅的温度传感特性

2.5.2 倾斜光纤光栅的应力传感特性

2.5.3 倾斜光纤光栅的折射率传感特性

2.6 本章小结

3 传感器的制备

3.1 光纤的敏化与活化

3.1.1 敏化与活化过程的主要化学试剂和原料

3.1.2 敏化与活化过程的基本原理

3.1.3 敏化与活化过程实验步骤

3.2 化学镀钯过程

3.3 本章小结

4 传感测试与结果讨论

4.1 传感器传感原理介绍

4.2 传感器数据选择分析

4.3 传感器传感测试

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于嘉琛

导师: 武震林

关键词: 光纤氢气传感器,钯膜,化学方法镀膜,倾斜光纤光栅

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,无线电电子学,自动化技术

单位: 大连理工大学

分类号: TQ116.2;TP212;TN253

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.002311

总页数: 50

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