【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感器，特别是一种基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头及其方法。
技术介绍
1、目前常采用气相色谱法实现变压器油中气体检测，气相色谱法是利用气体作流动相的色层分离分析方法，将待测气体通入到色谱柱内，由于不同种类的气体分子运动速度不同，所以流出色谱柱的时间不同，记录气体流出色谱柱的时间和浓度的色谱图，然后分析出气体的浓度，随着技术的进步，人们对变压器油中气体检测的速度、精度和在线监测速度提出了更高的要求，光纤传感技术以其速度快、精度高、抗电磁干扰等优点尤其适合于变压器油中溶解气体的在线监测。
2、光纤f-p氢气传感器是常用的光纤氢气传感器之一，通过将钯薄膜黏附在空芯光纤端面形成f-p腔，钯膜吸收氢气后膨胀引起f-p腔腔长变化，进而引起传感器反射光谱偏移，可以实现氢气浓度的检测。
3、目前变压油中溶解氢气光纤检测方法常使用f-p型光纤传感器，此类传感器在空芯光纤端面黏附一层氢敏薄膜，氢敏薄膜吸收氢气后体积膨胀导致f-p腔长发生改变，进而起传感器反射光谱偏移，可以实现氢气浓度的检测，但电力变压器油中溶解氢气含量为ppm级，现有光纤f-p氢气传感器灵敏度不足，难以满足ppm级检测下限的需求。
技术实现思路
1、鉴于上述或现有技术中存在氢气传感器灵敏度不足的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术的目的是提供一种基于空芯光纤倾斜端面的f-p结构氢气传感探头。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括氢气传感
4、作为本专利技术基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：所述调节件包括设在单模光纤和空芯光纤之间的空腔，所述空芯光纤一端设有倾斜面，所述倾斜面一端分别设置有氟化镁薄膜和银合金氢敏膜，所述银合金氢敏膜设置在氟化镁薄膜外侧。
5、作为本专利技术基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：所述平衡件包括设在空腔一侧的泄压口，所述空腔内壁侧面上设置有银薄膜，所述氟化镁薄膜和空腔结合处设有圆弧，所述空腔底端设有氧化锌增反膜。
6、作为本专利技术基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：所述连接结构包括设在氢气传感器的对接件，所述探头本体一端设置有连接件，所述对接件内设置有偏移件，所述对接件内设有卡接件，所述连接件内设有与卡接件相配合的辅助件。
7、作为本专利技术基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：所述对接件设置在氢气传感器上的对接环，所述对接环外壁上设有卡接环，所述卡接环转动连接在氢气传感器上，所述连接件包括设置在探头本体一端的连接环，所述连接环和对接环相匹配。
8、作为本专利技术基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：所述偏移件包括对称设在卡接环上的直行槽，所述直行槽一端设有扇形槽，所述对接环外壁上对称设有缺口，所述连接环外壁对称设有缺块，所述缺块外壁上一体形成有凸起，所述缺块与缺口相匹配，所述凸起一端滑动连接在直行槽和扇形槽内。
9、作为本专利技术基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：所述卡接件包括对称设在卡接环内壁上的弧形槽，所述弧形槽内设置有碟簧，所述弧形槽内设置有滑块，所述滑块一端设置有第一卡块，所述第一卡块上一体形成有第一抵块，所述第一卡块具有弧形面和抵触面。
10、作为本专利技术基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：所述辅助件包括对称设置在连接环上的三角块，所述三角块外壁上一体形成有卡接块，所述卡接块与第一抵块相对应的，所述三角块与弧形面和抵触面相匹配。
11、鉴于在实际使用过程中，还存在传感器氢敏薄膜与空芯端面粘接面积小，导致粘接不牢固的问题。
12、为解决上述技术问题，本专利技术还提供如下技术方案：一种基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头制造方法，作为本专利技术空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：包括如下步骤：
13、使用光纤切割机将空芯光纤端面切割为倾斜面，控制倾斜角度为θ，使用酒精棉签擦拭端面以去掉表面附着的碎屑和污渍；
14、在空芯光纤的倾斜面用蒸镀法镀上氟化镁薄膜；
15、采用磁控溅射法在氟化镁薄膜上均匀镀银合金氢敏膜。
16、作为本专利技术基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头的一种优选方案，其中：银合金氢敏膜吸收氢气后发生膨胀，引起薄膜下凹，下凹量设为δl，传感器光谱偏移量δλ＝k*δl，其中k是常数，则氢气传感器光谱偏移量为δλ1＝k*δl，设本专利技术提出的探头本体端面倾斜角度为θ，则银合金氢敏膜吸氢后竖直方向上形变量为δd＝δl/cos(θ)，光谱偏移量δλ2＝k*δl/cos(θ)，可见δλ2>δλ1。
17、本专利技术的有益效果：本专利技术采用28％浓度的氢氟酸，控制环境温度35℃对空芯光纤的端面内侧进行化学腐蚀30分钟得到曲率半径为50μm的圆弧，为避免由于空芯光纤内部和高反射率氟化镁薄膜之间存在气压差造成薄膜破裂，同时本专利技术采用聚焦离子束在空芯光纤侧面开一个100μm*100μm的泄压口以平衡内外气压，并且本专利技术在单模光纤的端面采用磁控溅射的方式镀上一层80nm厚的氧化锌增反膜，增大单模光纤空气端面的反射率，使得i1＝i2，提高氢气传感器的灵敏度。
18、本专利技术的有益效果：通过将对接件和连接件的位置对齐，此时缺块相对应地在缺口内移动，此时连接件的位置得到限位，保证了连接件移动路上的稳定性，且缺块上的凸起一端滑动连接在直行槽和扇形槽内，由于扇形槽的偏转力带动卡接环转动，卡接环时，使得第一抵块卡入卡接块内，由于第一抵块与卡接块均为弹性材质，同时其接触面为三角状，并且三角块与弧形面和抵触面相匹配，增大了卡接块与第一抵块的连接强度和稳定性，如此保证了对氢气传感器和探头本体的快速对接。
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1.一种基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：包括氢气传感器(500)和探头本体(501)，所述探头本体(501)包括单模光纤(501a)和空芯光纤(501b)，所述氢气传感器(500)和探头本体(501)之间设有连接结构(100)；
2.如权利要求1所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述调节件(201)包括设在单模光纤(501a)和空芯光纤(501b)之间的空腔(201a)，所述空芯光纤(501b)一端设有倾斜面(201b)，所述倾斜面(201b)一端分别设置有氟化镁薄膜(201c)和银合金氢敏膜(201d)，所述银合金氢敏膜(201d)设置在氟化镁薄膜(201c)外侧。
3.如权利要求2所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述平衡件(202)包括设在空腔(201a)一侧的泄压口(202a)，所述空腔(201a)内壁侧面上设置有银薄膜(202b)，所述氟化镁薄膜(201c)和空腔(201a)结合处设有圆弧(202c)，所述空腔(201a)底端设有氧化锌增反膜(202d)。
4.如权利要求3所述的
5.如权利要求4所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述对接件(101)设置在氢气传感器(500)上的对接环(101a)，所述对接环(101a)外壁上设有卡接环(101b)，所述卡接环(101b)转动连接在氢气传感器(500)上，所述连接件(102)包括设置在探头本体(501)一端的连接环(102a)，所述连接环(102a)和对接环(101a)相匹配。
6.如权利要求5所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述偏移件(103)包括对称设在卡接环(101b)上的直行槽(103a)，所述直行槽(103a)一端设有扇形槽(103b)，所述对接环(101a)外壁上对称设有缺口(103c)，所述连接环(102a)外壁对称设有缺块(103d)，所述缺块(103d)外壁上一体形成有凸起(103e)，所述缺块(103d)与缺口(103c)相匹配，所述凸起(103e)一端滑动连接在直行槽(103a)和扇形槽(103b)内。
7.如权利要求6所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述卡接件(104)包括对称设在卡接环(101b)内壁上的弧形槽(104a)，所述弧形槽(104a)内设置有碟簧(104b)，所述弧形槽(104a)内设置有滑块(104c)，所述滑块(104c)一端设置有第一卡块(104d)，所述第一卡块(104d)上一体形成有第一抵块(104e)，所述第一卡块(104d)具有弧形面(104f)和抵触面(104g)。
8.如权利要求7所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述辅助件(105)包括对称设置在连接环(102a)上的三角块(105a)，所述三角块(105a)外壁上一体形成有卡接块(105b)，所述卡接块(105b)与第一抵块(104e)相对应的，所述三角块(105a)与弧形面(104f)和抵触面(104g)相匹配。
9.一种基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头制造方法，应用于如权利要求8所述的氢气传感探头，其特征在于：包括如下步骤：
10.如权利要求9所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头制造方法，其特征在于：银合金氢敏膜(201d)吸收氢气后发生膨胀，引起薄膜下凹，下凹量设为ΔL，传感器光谱偏移量Δλ＝k*ΔL，其中k是常数；
...【技术特征摘要】
1.一种基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：包括氢气传感器(500)和探头本体(501)，所述探头本体(501)包括单模光纤(501a)和空芯光纤(501b)，所述氢气传感器(500)和探头本体(501)之间设有连接结构(100)；
2.如权利要求1所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述调节件(201)包括设在单模光纤(501a)和空芯光纤(501b)之间的空腔(201a)，所述空芯光纤(501b)一端设有倾斜面(201b)，所述倾斜面(201b)一端分别设置有氟化镁薄膜(201c)和银合金氢敏膜(201d)，所述银合金氢敏膜(201d)设置在氟化镁薄膜(201c)外侧。
3.如权利要求2所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述平衡件(202)包括设在空腔(201a)一侧的泄压口(202a)，所述空腔(201a)内壁侧面上设置有银薄膜(202b)，所述氟化镁薄膜(201c)和空腔(201a)结合处设有圆弧(202c)，所述空腔(201a)底端设有氧化锌增反膜(202d)。
4.如权利要求3所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述连接结构(100)包括设于氢气传感器(500)一端的对接件(101)，所述探头本体(501)一端设置有连接件(102)，所述对接件(101)内设置有偏移件(103)，所述对接件(101)内设有卡接件(104)，所述连接件(102)内设有与卡接件(104)相配合的辅助件(105)。
5.如权利要求4所述的基于空芯光纤倾斜端面的氢气传感探头，其特征在于：所述对接件(101)设置在氢气传感器(500)上的对接环(101a)，所述对接环(101a)外壁上设有卡接环(101b)，所述卡接环(101b)转动连接在氢气传感器(500)上，所述连接件(102)包括设置在探头本体(501)一端的连接环(102a)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈梁远，周柯，赵坚，张磊，王晓明，李锐，饶夏锦，潘绍明，林翔宇，马源，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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