本實用新型屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及基于色散補(bǔ)償光纖的邁克爾遜氫氣傳感器。

背景技術(shù)：

氫氣因其燃燒充分，易制備等特點，成為一種深受歡迎的清潔能源，應(yīng)用于航天、發(fā)電等領(lǐng)域。同時，它又具有較寬的爆炸極限(4％-75％體積比)，使用時得十分注意其濃度變化。因此，氫氣泄露檢測或高精度的氫氣濃度檢測顯得尤為重要。

光纖傳感器具有抗電磁干擾和便于遠(yuǎn)距離遙感等特點，尤其是不涉及任何明火，因此安全可靠，廣泛應(yīng)用于各種易燃易爆場合。1984年美國Sandia國家實驗室Butler和Ginley教授首次研究光纖氫敏傳感技術(shù)，隨后美國國家航空航天局、波音公司、馬里蘭大學(xué)、DCH Technologies、華盛頓大學(xué)、加拿大多倫多大學(xué)、法國的信號與儀器處理實驗室和澳大利亞的新南威爾士大學(xué)等單位相繼開展了此項技術(shù)的研究，多種光纖氫氣傳感器被設(shè)計和研制。如基于光纖布拉格光柵、光纖干涉儀、表面等離子結(jié)構(gòu)，以及光纖倏逝場結(jié)構(gòu)等各種光纖傳感器應(yīng)運而生。這些傳感器中絕大多數(shù)是在光纖表面涂敷氫敏材料，如Butler提出在光纖端面鍍一層鈀膜或多層鈀與氧化硅薄膜構(gòu)成微透鏡型氫氣傳感器；Garcia和Mandelis提出將半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光通過分束器產(chǎn)生兩束光波并分別照射在氣流室中鍍有鈀膜的氫氣敏感面和鍍有鋁膜的參考極板上，通過比較兩束光最終的光強(qiáng)來實現(xiàn)探測氫氣濃度，該方法提高了傳感器對環(huán)境的適應(yīng)性和測試精度等。然而，這些傳感器受限于光纖本身微弱的彈光效應(yīng)或折射率不敏感特性，導(dǎo)致其氫氣傳感的靈敏度不高，通常都低于5nm/％(v/v)。表面等離子結(jié)構(gòu)的光纖傳感器具有較高的靈敏度，但是需要精確控制鍍膜厚度(通常是納米量級)，因此其制備較復(fù)雜，其使用受到一定限制。

三氧化鎢載鉑催化劑(Pt-loaded WO₃)具有良好的氫敏特性，近年來受到廣泛關(guān)注和研究。如Ying Wang提出通過在選擇性填充的光子晶體光纖干涉儀表面涂敷Pt-loaded WO₃粉末，利用氫敏粉末的熱效應(yīng)和光纖干涉儀較高的溫度敏感特性從而實現(xiàn)了氫氣的高靈敏度檢測。但其缺點是需要應(yīng)用到價格昂貴的光子晶體光纖，且其選擇性填充需要應(yīng)用到飛秒激光器，制備比較復(fù)雜，限制該傳感器的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型公開了基于色散補(bǔ)償光纖的邁克爾遜氫氣傳感器。該傳感器具有制備簡單、成本低、堅固、靈敏度高等優(yōu)點。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：基于色散補(bǔ)償光纖的邁克爾遜氫氣傳感器，該傳感器包括單模光纖和色散補(bǔ)償光纖，其特征在于：所述的光纖傳感器是將單模光纖與色散補(bǔ)償光纖放電熔接，在色散補(bǔ)償光纖側(cè)面涂覆Pt-loaded WO₃粉末。進(jìn)一步，所述的單模光纖為通信用單模光纖，其包層直徑為125微米；所述的色散補(bǔ)償光纖長度為1-5毫米。

本實用新型的有益效果是：

1.傳感器制備簡單，成本低，只需將單模光纖和色散補(bǔ)償光纖直接熔接，然后在色散補(bǔ)償光纖側(cè)面涂敷Pt-loaded WO₃粉末即可。

2.巧妙利用H₂與O₂在Pt-loaded WO₃粉末催化下發(fā)生放熱反應(yīng)，實現(xiàn)了氫氣濃度的高靈敏度測量。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及具體方式對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實用新型的光纖干涉儀結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1.單模光纖，2.色散補(bǔ)償光纖，3.Pt-loaded WO₃粉末

具體實施方式

如圖1，制備傳感器的步驟為：第一步，將單模光纖與色散補(bǔ)償光纖放電熔接；第二步，切割色散補(bǔ)償光纖使其長度為1-5毫米；第三步，在色散補(bǔ)償光纖側(cè)面涂覆Pt-loaded WO₃粉末。其特征在于：利用的所有單模光纖包層直徑均為125微米。

本實用新型的具體工作原理是：單模光纖與色散補(bǔ)償光纖熔接，由于色散補(bǔ)償光纖的纖芯直徑較小，當(dāng)光束經(jīng)單模光纖通過時，一部分光耦合進(jìn)色散補(bǔ)償光纖纖芯，另一部分則進(jìn)入色散補(bǔ)償光纖的包層傳播；由于兩部分光經(jīng)歷的光程不同，進(jìn)而導(dǎo)致相位的不同。當(dāng)這兩部分光束傳播到色散補(bǔ)償光纖與空氣的接觸端面時會發(fā)生反射原路返回，從而形成一個邁克爾遜干涉儀。

當(dāng)傳感器接觸到混有H₂的空氣時，空氣中的O₂與H₂在Pt-loaded WO₃粉末作用下發(fā)生放熱反應(yīng)并且引起局部溫度的升高，此化學(xué)反應(yīng)過程可表示為：

溫度的升高引起色散補(bǔ)償光纖光學(xué)性質(zhì)的變化，進(jìn)而引起邁克爾遜干涉儀相位的改變，進(jìn)一步導(dǎo)致該干涉儀的反射光譜波長漂移。該反射光譜波長漂移量的大小與氫氣濃度的大小存在正相關(guān)的關(guān)系。通過檢測波長漂移量，從而實現(xiàn)氫氣濃度的實時測量。由于H₂在Pt-loaded WO₃粉末的催化下和空氣中O₂反應(yīng)產(chǎn)生熱效應(yīng)，從而實現(xiàn)了該傳感器的高靈敏度氫氣濃度測量。