首页> 正文

基于光加热和自补偿的光纤氢气传感器性能研究

2020-12-02阅读(92)

基于光加热和自补偿的光纤氢气传感器性能研究

论文摘要

近年来,氢气因其燃烧性能好、产物无污染、来源广等优点一直受到广大学者的关注和研究,有望替代化石燃料解决能源消耗与生态环境恶化等全球关注的重点问题。但是氢气是相对分子质量最小的气体,在应用过程中容易泄漏导致爆炸,因此为了保证氢能的安全使用,需要研制安全可靠的氢气传感器实时监测环境中的氢气浓度。目前市场上使用的是技术相对成熟的基于电化学原理的氢气传感器,但是这类传感器在使用过程中有产生电火花的可能,存在较大的安全隐患。而光纤氢气传感器以光为传输信号,具有本质安全的优点。但是现阶段光纤氢气传感器的稳定性、响应与恢复速率、重复性与灵敏度仍存在不同程度的缺陷。本文基于WO3-Pd2Pt-Pt薄膜制备了一种具有自补偿功能的微透镜型光纤氢气传感器,对于此传感器的主要研究内容如下:（1）利用真空蒸镀与磁控溅射相结合的方法在测温光栅端面沉积WO3-Pd2Pt-Pt薄膜,采用参考光栅与薄膜反射光强比值作为特征值,补偿光源波动、光纤弯曲损耗、连接损耗等干扰因素的影响,实现光纤氢气传感器自补偿效果。并在此基础上对比薄膜反射光谱上不同采样点对传感器长期稳定性与梯度性的影响,选择最佳采样点对应的强度值作为特征值计算中的薄膜反射光强。（2）通过查阅资料了解到氢气敏感薄膜温度会影响材料活性,进而影响传感器的氢气响应性能,并且在引进光加热方案后,对比不同加热强度下传感器800 ppm响应情况,验证了薄膜温度对其氢气响应性能有很大的影响。因此,通过光纤衰减器调节到达传感探头的光功率改变薄膜温度,对比不同功率下传感器的重复性、响应与恢复速率以及灵敏度,以期寻找到最为合适的光功率。（3）最后本文在之前实验基础上引入光加热方案,将传感探头与加热光纤包裹在一个光加热结构中,结构上带有气孔以保证实验过程中氢气的流通。980nm泵浦光源通过加热光纤对光加热结构进行加热,比例-积分-微分（Proportion Integration Differentiation,PID）控制根据测温光栅的中心波长漂移情况判断结构内部温度,并在环境温度变化情况下实时调节激光器的输出功率以保证结构内温度的稳定。然后对比在引入光加热前后传感器的低浓度同天重复性、梯度性和隔天重复性,从而得出光加热方案对传感器的影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 氢气传感器研究背景与意义
  •     1.1.1 氢气浓度检测的意义
  •     1.1.2 氢气传感器研究进展
  •   1.2 光纤氢气传感器的研究现状
  •     1.2.1 光纤氢气传感器的分类
  • 3 的物理化学性质的影响'>    1.2.2 薄膜温度对WO3的物理化学性质的影响
  •     1.2.3 光加热与光纤氢气传感器的结合
  •   1.3 PID控制技术研究现状
  •   1.4 本文的主要内容及研究思路
  • 第2章 光纤氢气传感系统原理及氢气敏感材料响应机理
  •   2.1 光纤氢气传感系统简介
  •     2.1.1 光纤氢气传感系统搭建与光加热原理
  •     2.1.2 光纤氢气传感器传感原理
  •   2.2 氢气敏感材料的响应机理
  • 3 与氢气反应机理'>    2.2.1 WO3与氢气反应机理
  •     2.2.2 Pd/Pt催化剂
  •   2.3 本章小结
  • 3-Pd2Pt-Pt复合薄膜氢气传感器制备和性能分析'>第3章 基于WO3-Pd2Pt-Pt复合薄膜氢气传感器制备和性能分析
  •   3.1 薄膜材料制备技术简介
  •     3.1.1 真空蒸镀
  •     3.1.2 磁控溅射
  •   3.2 光纤氢气传感器的制备
  •     3.2.1 镀膜前期准备
  • 3-Pd2Pt-Pt薄膜'>    3.2.2 制备WO3-Pd2Pt-Pt薄膜
  •     3.2.3 传感器的封装过程
  •   3.3 基线位置的选取对传感器性能的影响
  •     3.3.1长期稳定性对比实验
  •     3.3.2梯度性对比实验
  •   3.4 不同薄膜温度对传感器性能的影响
  •     3.4.1重复性对比实验
  •     3.4.2响应与恢复速率对比实验
  •     3.4.3灵敏度对比实验
  •   3.5 本章小结
  • 第4章 基于光加热的光纤氢气传感器性能研究
  •   4.1 半导体激光器
  •     4.1.1 半导体激光器工作原理
  •     4.1.2 半导体激光器工作特性
  •   4.2 PID控制技术
  •     4.2.1 PID控制原理
  •     4.2.2 PID控制技术与光加热的结合
  •   4.3 光加热性能分析
  •     4.3.1 测温光栅温度灵敏度探索
  •     4.3.2光加热效果实验
  •     4.3.3 环境温度对传感器性能的影响
  •     4.3.4 PID控制过程
  •     4.3.5 光加热综合性能对比
  •   4.4 本章小结
  • 第5章 总结与展望
  •   5.1 本文主要结论和创新点
  •   5.2 后续工作展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 秦玉寰

    导师: 杨明红

    关键词: 光纤氢气传感器,自补偿,光加热

    来源: 武汉理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

    单位: 武汉理工大学

    分类号: TP212;TN253

    DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000244

    总页数: 78

    文件大小: 3988K

    下载量: 19

    相关论文文献

    • [1].用于氢气纯化的负载型钯膜制备与性能研究[J]. 能源化工 2019(05)
    • [2].提高变压吸附单元氢气收率的措施[J]. 化工设计通讯 2020(01)
    • [3].真空变压吸附氢气纯化的参数研究[J]. 工程热物理学报 2020(02)
    • [4].高性能膜法纯化氢气的材料及性能探讨[J]. 广东化工 2020(03)
    • [5].油氢合建站氢气泄漏扩散模拟及影响因素分析[J]. 消防科学与技术 2020(01)
    • [6].氢气管道与天然气管道的对比分析[J]. 压力容器 2020(02)
    • [7].制氢、储运和加注全产业链氢气成本分析[J]. 天然气化工(C1化学与化工) 2020(01)
    • [8].炼厂低浓度氢气回收利用的技术现状及进展[J]. 当代化工 2020(03)
    • [9].基于国产三型瓶的氢气加注技术开发[J]. 储能科学与技术 2020(03)
    • [10].硫酸工厂氢气闪爆风险评估及探讨[J]. 硫酸工业 2020(04)
    • [11].德国氢气管道计划助力绿色产业转型[J]. 氯碱工业 2020(04)
    • [12].氢气添加对柴油发动机燃烧和排放特性的数值模拟[J]. 安阳工学院学报 2020(02)
    • [13].氢气发生站存在哪些较大危险因素[J]. 劳动保护 2020(06)
    • [14].层状床变压吸附氢气纯化性能的优化[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2020(04)
    • [15].加强氢气站消防安全措施的研究[J]. 化工管理 2020(25)
    • [16].德国政府就国家氢气战略达成一致意见[J]. 中外能源 2020(08)
    • [17].电阻型氢气传感器专利技术综述[J]. 中国科技信息 2020(19)
    • [18].开车时氢气总管的标准含氧量[J]. 氯碱工业 2020(08)
    • [19].产业政策能否刺激风投并加速氢气商业化[J]. 石油石化绿色低碳 2020(04)
    • [20].发电机氢气净化装置研究[J]. 电力设备管理 2020(09)
    • [21].氢气治疗疾病生物学效应的研究进展[J]. 中国现代医学杂志 2020(20)
    • [22].旋涡式氢气循环泵的设计及性能分析[J]. 化工进展 2020(S2)
    • [23].光面式高压氢气泄漏快速可视化检测方法及数值仿真研究[J]. 计测技术 2020(05)
    • [24].亚洲首台卧式氢气锅炉运行总结[J]. 山东化工 2020(18)
    • [25].氢气对心血管相关疾病的影响[J]. 中国循证心血管医学杂志 2017(12)
    • [26].氢气资源优化利用[J]. 河南化工 2018(04)
    • [27].氢气网络系统的操作灵活性分析与改进[J]. 高校化学工程学报 2017(01)
    • [28].日本推出一款新型乳饮料,在肠内高效率产生氢气[J]. 饮料工业 2017(01)
    • [29].氢气储存利用技术[J]. 中外能源 2017(04)
    • [30].氯碱联产品——压缩氢气的开发和应用[J]. 中国氯碱 2017(04)

    标签：;  ;  ;  

    基于光加热和自补偿的光纤氢气传感器性能研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕论降 版权所有 鄂ICP备12018319号-6