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在当今时代,煤、石油、天然气等化石燃料的储量日益枯竭,找到一种能够替代化石燃料同时对环境污染较小的能源十分关键。氢气本身所具有的燃烧产物无污染,能量转换率高的优点,在汽车、材料存储、航空航天等领域得到了广泛的研究和应用。但是,氢气分子是现阶段知道的最小分子,在生产、运输、存储和使用的过程中极易发生泄漏,而当空气中的氢气含量超过4%的时候,遇明火就会有爆炸的危险。为了氢气安全的生产、使用以及人身、设备的安全,实时监测环境中的氢气浓度十分必要。传统的氢气传感器大多基于电特性,而这种传感器在使用的过程中有可能产生电火花,存在较大的安全隐患。而光纤氢气传感器则充分发挥了光纤的本质安全、抗电磁干扰、重量轻、体积小等优点。现阶段影响光纤氢气传感器推广使用的因素是这种传感器在长期稳定性和可靠性方面存在着一定的缺陷。本文将光纤光栅与Pd/Ni氢气敏感材料相结合,利用Pd吸氢膨胀的特性,结合监测光纤光栅中心波长漂移的原理,制备出一种具有温度自补偿的光纤光栅氢气传感器。对于这种类型的氢气传感器,全文主要展示了以下几点研究内容和结果: (1)利用磁控溅射镀膜的方法,在腐蚀过后的光栅侧面镀上不同厚度的氢气敏感材料。将制备好的不同厚度氢气敏感材料的传感探头一起放置于测试环境中,然后依次测试探头在1%氢气浓度条件下的重复性和梯度性。对比不同厚度氢气敏感材料探头的氢气响应性能得出一个相对最佳的氢气敏感材料厚度。将光栅腐蚀到不同的直径,然后镀上相同厚度的氢气敏感材料,对比各个腐蚀直径下传感探头的氢气响应性能,以期找到最佳的光栅腐蚀直径。 (2)探头所处环境的温度会影响氢气敏感材料的活性,从而影响传感探头的灵敏度。本文引入980nm泵浦光源对传感探头进行加热,对比不同加热强度下传感探头的氢气响应性能,明确温度对传感探头的影响。激光光源的输出光功率在全量程并非线性,为后续引进光加热温度自补偿作准备,探索了本文中所用激光光源的线性工作区域。 (3)本文采用双光栅的方案,一个作为参考光栅,另一个作为传感光栅。结合PID控制技术,保证980nm泵浦光源工作在线性输出范围的前提下,将传感探头的工作温度控制在一个相对稳定的条件。然后对比在引入温度自补偿前后传感探头对1%氢气浓度的重复性、梯度性和长期稳定性,得出环境温度对传感探头氢气响应性能的影响,有效地提高了传感探头的稳定性。