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毕业论文-光纤EFPI氢气传感器实验研究，共62页，21941字

中文摘要
氢气是一种非常重要的工业气体，有着广泛的应用。但是由于其具有易燃易
爆性，氢气存在的环境中也存在着极大的安全隐患。实时监测环境中氢气的含量，
对于保障人们的生产生活安全有着重大的意义。
在本篇论文中，我们将研究适用于对密闭罐体内微量氢气进行高精度在线检
测的光纤测试技术。探索光纤传感单元的设计方法，利用钯合金结合非本征 FP
干涉仪技术实现对氢气浓度的检测, 并进行了系统的理论和实验研究。
研究工作主要有以下几个方面：
1、搭建新的实验环境：建立密封的氢气实验环境，实现静态容量配气法。
2、改进探头制作工艺：采用先镀钛后镀钯银合金的方法，提高非本征 FP 干
涉传感器的寿命；FP 腔制作用焊接方法替代原有胶粘方法，使探头在高
温情况下得以应用。
3、实验与数据处理：进行实验，利用 LabVIEW 程序采集实验数据；对数据
进行分析，总结氢气浓度与相应参量之间的关系，实现氢气浓度检测。
关键词：EFPI；氢气传感器；钯银合金；光纤焊接；光谱

ABSTRACT
Hydrogen is an important industrial gas, which has a wide range of applications.
However, because of its explosive nature, the environment in which hydrogen exists
has great security risks. Real-time detecting of hydrogen’ levels is of great importance
to ensure people’s safety.
In this paper, we study the high-precision online optical fiber testing technique
that applies to the trace hydrogen detection in a closed tank. Explore the design of
optical fiber sensing element. Combine Pd-Ag alloy with EFPI technology to detect
hydrogen. Conduct a theoretical and experimental research.
The research work includes the following parts:
1. Build a new experimental environment: Establish a new sealed experimental
environment of hydrogen. Achieve the static capacity gas distribution act.
2. Improve the production process of probe: Plating a layer of titanium first and
then a layer of Pd-Ag alloy to improve the life of the sensor. Use welding
technology to make FP cavity, which makes the sensor fit for environment of
high temperature.
3. Experiment and data process: Conduct the experiment and collect data with a
LabVIEW program. Analyze the data and conclude the relationship between
hydrogen content and related parameters. Achieve the detection of hydrogen
concentration.
Keywords：EFPI; Hydrogen sensor; Pd-Ag alloy; Fiber welding; Spectrum

目录
第 1 章
引 言 ....1
1.1 研究背景 ...1
1.2 研究现状 ...1
1.2.1 半导体型 .......2
1.2.2 热电型 ..3
1.2.3 电化学型 .......3
1.2.4 光学型 ..4
第 2 章
实验原理 ......6
2.1 EFPI 基本原理 ....6
2.2 数学推导 ...7
2.2.1 氢气浓度和钯膜应变的关系 .7
2.2.2 钯膜应变与 FP 腔长变化的关系 ...8
2.2.3 双峰法确定腔长 ....9
2.3 实验系统和信号采集 ....... 11
2.4 数据处理 . 13
第 3 章
实验环境搭建 ..... 15
3.1 静态容量配气法 ...... 15
3.2 仪表选择 . 15
3.3 配气系统 . 16
3.3.1 氢气缓冲气室 ..... 17
3.3.2 氮气缓冲气室 ..... 18
3.3.3 测量气室 ..... 18
3.4 实验操作步骤 .. 19
3.5 配气系统的标定 ...... 21
第 4 章
探头制作 .... 23
4.1 前期考虑 . 23
4.1.1 镀膜 .... 23
4.1.2 腔长的选择 . 24
4.1.3 毛细管的长度 ..... 24
4.2 平台搭建 . 24
4.3 焊接工艺探讨 .. 26
4.3.1 不利用金镜的情况 ...... 26
4.3.2 利用金镜的情况 .. 29
第 5 章
实验过程及结果分析 .. 31
5.1 实验内容 . 31
5.2 结果分析 . 32
5.2.1 浓度实验结果 ..... 32
5.2.2 温度实验 ..... 32
5.2.3 重复性实验 . 33
5.2.4 探头特性 ..... 33
第 6 章
总结与展望 . 35
插图索引 .... 36
表格索引 .... 38
参考文献 .... 39
致 谢 . 40
声 明 . 41
附录 A 外文资料的书面翻译 .... 42
A-1 第一篇 ..... 42
A-2 第二篇 ..... 45
附录 B 重要内容补充 ....... 54
B-1 精度计算 .. 54