氢气传感器

结果和分析 如图所示，FBG固定在玻璃基 板上细微的凹槽中，使得Pt 掺杂的WO3涂层可以固定在靠 近FBG的表面。这个涂层在氢 响应过程中从灰色变为黑色。
左图反应了涂层在氢响应过后 的形态，可以看出，该涂层是 由不同面积的纳米薄片组成。 纳米薄片的厚度大约为50nm， 具有很大的比表面，为氢响应 提供了一个很大的表面。而且， 纳米包层之间还有大量间隙， 可以确保氢气可以在涂层中的 扩散。
上图是固定在玻璃基板前后在不同温度下的波长偏移，实验 结果便是，固定前后的温度敏感性增加了一倍。
测试不同氢气浓度下FBG氢传感器的响应，发现随着氢气浓 度的下降，响应时间变长，和文献中的数据相比，其响应 速度有了很大提高，而且能够在较低的氢气浓度下响应。 而且随着氢气浓度的增加，FBG的中心波长偏移越大。
一种使用掺杂Pt的WO3涂层的FBG氢气传 感器
氢气传感器有很大的应用前景，这篇文章介绍了一种FBG氢 气传感器的制备和结果分析。 这种氢气传感器使用掺杂Pt的WO3涂层在FBG上制备而成， 其具有很快的响应速度和高的灵敏度，而且通过对结构进行优 化，能够在很低的（200ppm）的氢气浓度下响应。
因为环境湿度对FBG的影响可以忽略，而环境温度可 以通过辅助的FBG来测量。所以我们可以从这个模型中推 算出波长偏移和氢气浓度的关系。
总结： 的来说，这篇文章中报道的FBG氢气传感器通过结 合涂层和温度铭感的FBG而使得其性能有了很大提升。在 室温下，对于8000ppm的浓度的氢气具有448pm的波长偏移。 而且这种传感器可以检测最低到200ppm的氢气浓度，而且 在较低的温度下也能工作。
实验测量了在室温下不同环境湿度对响应时间和FBG波长偏移的 影响，发现在不同的环境湿度下，响应时间和波长偏移并没有 比较明显的改变。这说明，环境湿度的变化对这种FBG氢传感器 灵敏度影响不大。这是由于FBG氢传感器的结构疏松多孔，所以 具有比较好的抗湿度干扰能力。
检测不同环境温度下 FBG氢传感器的响应， 可以看出FBG氢传感 器在较高的环境温度 下具有更好的灵敏度， 这是由于WO3是一种 半导体材料，禁带宽 度在低温下可能增加， 这在氢响应过程中不 利于H+和e-的传输， 从而导致灵敏度下降。
通过拟合不同环境温度下的异速生长曲线，y=A×xB，其 中y是FBG中心波长偏移（pm），x是氢气浓度（ppm）。通过 下表得出常数A,B与环境温度有关:
通过拟合得到床书A和B随温度变化的曲线，可以看出， 常数A伴随着环境温度的增加非线性的增加，近似一个指数 形式，而常数B这表现出一个线性的趋势。将的大的A,B代 入异速生长方程，我们可以得到FBG波长偏移和不太能够温 度下氢气浓度的关系：
实验过程：通过准分子激光器产生248nm的紫外光源，在 SMF-28光纤中使用相位掩模法刻入光栅。为了增强光纤 光栅的稳定性，对其在100℃下退火24小时。再将样品通 过环氧胶固定在玻璃基板槽中，然后通过溶胶-凝胶法将 Pt掺杂的WO3涂层沉积到光栅氢响应的部分。
如图连接FBG氢传感器，通过改变注入空气室的H2体 积获得不同的氢浓度。将一个基于电化学原理的氢气浓度 计连接到该设备用于校准。