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光纤氢气传感器综述 1 引言 氢气浓度 4 74 5 传统氢气传感器主要基于电特性工作原理 受电磁干扰 而且易爆炸光纤氢敏传感器 安全 高敏感度 耐高压 抗腐蚀 不受电碰的干扰 2 光纤氢传感器的分类 1 干涉型光纤氢传感器 3 光纤氢传感器的分类 2 布拉格光栅光纤传感器 4 光纤氢传感器的分类 3 标准具型光纤传感器 5 4 表面等离子体光纤氢传感器主要原理是光波与金属表面等离子体振动在相同的频率和波矢下形成共振 产生表面等离子体共振 当光纤芯层表面涂有金属膜时 由于光纤会产生消逝波 传输的光进入到金属层 形成表面等离子体共振 形成衰减全反射 使传输光信号发生衰减 6 表面等离子体共振光纤氢传感器为SPW的传播常数 是入射光波的频率 c是光速 为氢气介质的折射率 为金属Pd膜的复折射率 7 Pd与不同浓度氢反应后会产生两种相 相和相 不考虑温度的影响 在没有氢气的情况下Pd膜是处于相 当氢气的量超过时就形成相 在两种不同的相的相互转换过程中 很多物理特性发生了巨大的变化 8 介电常数随着氢的变化的关系 是氢气浓度在c 时Pd膜的折射率 为氢气浓度的非线性函数 随着氢气的浓度增加而减少 在氢气浓度为0是 h 1 浓度为4 时 约为0 8 取工作波长为835nm 16 i14 9 光信号在有膜的区域中传输时 TM偏振光和TE偏振光会出现不同的特性 TM偏振光 振动方向垂直于入射面 将激发SPW TE偏振光振动方向平行于入射面 不会与等离子体波形成共振 10 光纤氢传感器实验 11 12 1 传感器检测氢的反应和恢复时间和重复使用度 13 2 分别对不同浓度的氢气进行检测 作传感器对氢气浓度的敏感曲线在研究光纤氢敏传感器的同时还要考虑其他因素对传感器的影响 如温度 CO和CO2气体等 这些因素会影响传感器的敏感度 必须通过一些措施消除这些因素的影响 以提高检测氢气的敏感度 14 总结 为了提高氢气光纤传感器的测量灵敏度 可以使用Pd与其他物质的混合物作为敏感膜 如Pd Au Pd WO3 Pd Ni等 这些混合物都有研究过 而且已经实验得出这些混合膜对敏感度以及其反应与恢复时间都有很大的提高 光纤表面等离子体共振技术有效地将表面等离子体技术和光纤传输技术结合 发挥两者各自的特长 相互补充 使得这种传感器有敏度高 受其他外界因素影响小 重
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