一种氢气传感器制造技术

技术编号:15034366 阅读:237 留言:0更新日期:2017-04-05 09:52
本实用新型专利技术公开了一种氢气传感器,由激光器,单模光纤,光纤准直器,第一透镜,第一半透半反镜,物镜,流体盒,Pd/SiO2薄膜,通气管,调节器,流量控制器,阀门,第二半透半反镜,第二透镜,衍射光栅,4f光学系统,CCD相机组成。激光器发出的激光经单模光纤与光纤准直器将激光变为准直光,经第一透镜聚焦在第一半透半反镜后反射到物镜,使激光平行出射到流体盒内,流体盒内充有N2和H2,激光通过Pd/SiO2薄膜反射通过物镜聚焦后通过第一半透半反镜和第二半透半反镜,反射光通过第二透镜成平行光线再通过衍射光栅及4f光学系统进行干涉,最后在CCD相机上显示干涉图像,通过Pd/SiO2薄膜晶格膨胀的变化来测氢气浓度,该发明专利技术灵敏度高、精度高,具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量H2浓度
,具体涉及一种氢气传感器
技术介绍
H2浓度高于极限爆炸浓度时就会发生爆炸,造成严重的事故,所以专利技术一种能够精确测量H2浓度并且能广泛应用于生活的传感器是时代所需。目前最常用的测量H2浓度是基于热导池气相色谱仪,其测量误差较大,灵敏度低,操作复杂,不可连续测量,价格昂贵。由于光学器件精度的限制以及照明不均匀,CCD相机及透镜表面的灰尘和污点,传感器热噪声等因素的影响,导致光学系统成像质量不高,输出的图像出现一定程度的降质,4f光学系统能够去除噪声及污点,消除光源的不均匀性使CCD相机能呈现清晰的干涉图像。Pd/SiO2薄膜在N2气氛中以稳定存在,随着H2浓度的增加,薄膜产生晶格膨胀,该专利技术灵敏度高、精度高,具有良好的应用前景。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术的目的在于以4f光学系统作为滤波器,通过观测CCD相机上的干涉图样,测量Pd/SiO2薄膜的晶格膨胀系数,由于Pd/SiO2薄膜的晶格膨胀系数和H2浓度符合siever定律,从而精确测量氢气浓度。本专利技术通过以下技术方案实现:氢气传感器,由激光器(1),单模光纤(2),光纤准直器(3),第一透镜(4),第一半透半反镜(5),物镜(6),流体盒(7),Pd/SiO2薄膜(8),调节器(9),流量控制器(10),阀门(11),第二半透半反镜(12),第二透镜(13),衍射光栅(14),4f光学系统(15),CCD相机(16),通气管(17)组成,其特征在于:光纤准直器(3)尾纤端和单模光纤(2)相连;第一透镜(4)和物镜(6)的焦点均位于第一半透半反镜(5)的同一位置;流体盒(7)右端通过通气管(17)与阀门(11),流量控制器(10),调节器(9)相连。所述的激光在单模光纤(2)中以直线传播,无色散。所述的Pd/SiO2薄膜(8)是由SiO2作为基板,在N2气氛中稳定存在,相同高度的薄膜具有相同的复折射率。所述的4f光学系统(15)能够去除噪声及污点,消除光源的不均匀性使CCD相机能呈现清晰的干涉图像。本专利技术的工作原理是:由激光器(1)发出的激光在单模光纤(2)中以直线传播,再通过光纤准直器(3)使通过的激光变为平行的准直光,准直光通过第一透镜(4)后聚焦在第一半透半反镜(5),反射到物镜(6),使激光平行出射到流体盒(7)内,流体盒(7)内充有N2和H2,N2和H2由通气管(17)通入,通过调节器(9)和流量控制器(10)以及阀门(11)进行控制,激光通过Pd/SiO2薄膜(8)反射通过物镜(6)聚焦后通过第一半透半反镜(5)和第二半透半反镜(12),反射光通过第二透镜(13)成平行光线再通过衍射光栅(14)及4f光学系统(15)进行干涉,最后在CCD相机(16)上显示干涉图像。当通入氢气的浓度不同,钯微Pd/SiO2薄膜(8)的高度发生改变,由于相同高度的Pd/SiO2薄膜(8)具有相同的复折射率,而定量相位成像的方法验证了Pd/SiO2薄膜(8)的晶格膨胀系数作为H2浓度的函数符合siever定律,所以通过观测CCD相机(16)显示的不同的干涉图样,测量出Pd/SiO2薄膜(8)的晶格膨胀变化,从而测得氢气的浓度。本专利技术的有益效果是:本专利技术的设计是通过观测CCD相机显示的干涉图样,从而测得Pd/SiO2薄膜的晶格膨胀系数,由于Pd/SiO2薄膜的晶格膨胀系数和H2浓度符合siever定律,从而精确测得H2浓度,将4f光学系统作为滤波器,能有效的去除噪声及污点,消除光源的不均匀性使CCD相机能呈现清晰的干涉图像,而Pd/SiO2薄膜是由SiO2作为基板使相同高度的薄膜具有相同的复折射率,提高了测量的精确度,该专利技术具有灵敏度高、精度高,配置电路简单的优点。附图说明图1是氢气传感器结构示意图。具体实施方式如图1所示,氢气传感器,由激光器(1),单模光纤(2),光纤准直器(3),第一透镜(4),第一半透半反镜(5),物镜(6),流体盒(7),Pd/SiO2薄膜(8),调节器(9),流量控制器(10),阀门(11),第二半透半反镜(12),第二透镜(13),衍射光栅(14),4f光学系统(15),CCD相机(16),通气管(17)组成,其特征在于:光纤准直器(3)尾纤端和单模光纤(2)相连;第一透镜(4)和物镜(6)的焦点均位于第一半透半反镜(5)的同一位置;流体盒(7)右端通过通气管(17)与阀门(11),流量控制器(10),调节器(9)相连。本专利技术的工作原理是:由激光器(1)发出的激光在单模光纤(2)中以直线传播,再通过光纤准直器(3)使通过的激光变为平行的准直光,准直光通过第一透镜(4)后聚焦在第一半透半反镜(5),反射到物镜(6),使激光平行出射到流体盒(7)内,流体盒(7)内充有N2和H2,N2和H2由通气管(17)通入,通过调节器(9)和流量控制器(10)以及阀门(11)进行控制,激光通过Pd/SiO2薄膜(8)反射通过物镜(6)聚焦后通过第一半透半反镜(5)和第二半透半反镜(12),反射光通过第二透镜(13)成平行光线再通过衍射光栅(14)及4f光学系统(15)进行干涉,最后在CCD相机(16)上显示干涉图像。当通入氢气的浓度不同,Pd/SiO2薄膜(8)的高度发生改变,由于相同高度的Pd/SiO2薄膜(8)具有相同的复折射率,而定量相位成像的方法验证了Pd/SiO2薄膜(8)的晶格膨胀系数与H2浓度的函数符合siever定律,所以通过观测CCD相机(16)显示的不同的干涉图样,测量出Pd/SiO2薄膜(8)的晶格膨胀变化,从而测得氢气的浓度。本文档来自技高网...
一种氢气传感器

【技术保护点】
一种氢气传感器,由激光器(1),单模光纤(2),光纤准直器(3),第一透镜(4),第一半透半反镜(5),物镜(6),流体盒(7),Pd/SiO2薄膜(8),调节器(9),流量控制器(10),阀门(11),第二半透半反镜(12),第二透镜(13),衍射光栅(14),4f光学系统(15),CCD相机(16),通气管(17)组成,其特征在于:光纤准直器(3)用于使通过的激光变为平行的准直光,准直光通过第一透镜(4)后聚焦在第一半透半反镜(5),反射到物镜(6),使激光平行出射到流体盒(7)内,流体盒(7)内充有N2和H2,N2和H2由通气管(17)通入,通过调节器(9)和流量控制器(10)以及阀门(11)进行控制,激光通过Pd/SiO2薄膜(8)反射通过物镜(6)聚焦后通过第一半透半反镜(5)和第二半透半反镜(12),反射光通过第二透镜(13)成平行光线再通过衍射光栅(14)及4f光学系统(15)进行干涉,最后在CCD相机(16)上显示干涉图像;光纤准直器(3)尾纤端和单模光纤(2)相连;第一透镜(4)和物镜(6)的焦点均位于第二半透半反镜(5)的同一位置;流体盒(7)右端通过通气管(17)与阀门(11),流量控制器(10),调节器(9)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种氢气传感器,由激光器(1),单模光纤(2),光纤准直器(3),第一透镜(4),第一半透半反镜(5),物镜(6),流体盒(7),Pd/SiO2薄膜(8),调节器(9),流量控制器(10),阀门(11),第二半透半反镜(12),第二透镜(13),衍射光栅(14),4f光学系统(15),CCD相机(16),通气管(17)组成,其特征在于:光纤准直器(3)用于使通过的激光变为平行的准直光,准直光通过第一透镜(4)后聚焦在第一半透半反镜(5),反射到物镜(6),使激光平行出射到流体盒(7)内,流体盒(7)内充有N2和H2,N...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨泽林沈常宇朱莺
申请(专利权)人:中国计量大学
类型:新型
国别省市:浙江;33

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