基于WO3-PdPt-Pt复合薄膜光纤光栅氢气传感系统的性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)


以煤和石油为代表的能源消耗和环境污染是当今社会的一个重大问题,近年来我国深受大气污染(严重雾霾)和生态环境恶化的危害,开发和使用新型清洁能源的是国家未来的一个战略需求。在众多的新能源中,氢能是具有巨大发展潜力的未来能源之一,从长远看,它的发展可能带来能源结构的重大改变。由于氢气具有分子量小、渗透性强、易燃易爆以及无色无味等特性,在空气中氢气的浓度超 4%时遇明火即会爆炸,其易燃范围为 4~74.4%,在泄漏后难以察觉,因而极有可能导致爆炸事故。

在国防军事应用方面,核武器及核燃料存放设施由于放射材料的裂变产生氢,在此设施中氢浓度是评价核材料寿命的重要指标,我国绵阳的中国工程物理研究院对密闭核弹系统内氢气浓度监控一直存在着重大的科技需求。潜艇长期在水下潜伏,潜艇中由于在铅酸蓄电池充放电过程会产生氢气,需要对艇内可能的氢气泄漏和氢气浓度进行实时监测。

目前技术上相对成熟应用的氢气传感器主要是电化学类传感器,这类传感器采用电信号作为传感信号,在工作时有产生电火花的可能性,因而仍然具有爆炸的潜在危险;另外由于是基于电子迁移导致电阻变化的电学参量传感,传感器对其他还原性气体CO、CH4和NH3具有交叉敏感的可能性,因此传统的电化学传感器在安全性和选择敏感性方面仍然存在一些难以克服的问题。光纤氢气传感器在传感和传输过程中只有弱光信号,具有本质安全、抗电磁干扰、远程传输及体积小等优点,是实现氢气浓度安全监测的理想方案。

自1984年美国M.A.Bulter开始研究以来,光纤氢气传感技术就受到了广泛的关注。随后美国国家航空航天局、波音公司、匹兹堡大学、加拿大多伦多大学、法国的信号与仪器处理实验室、澳大利亚的新南威尔士大学等机构都开展了此项技术的研究,国内的清华大学、哈尔滨工业大学、同济大学、华中科技大学和武汉理工大学等对此进行了相关研究。

目前制约光纤氢气传感器实用化的关键因素是氢气敏感材料稳定性不足,环境温度和湿度的变化会影响氢气敏感材料的性能;另外一个关键因素是光路系统的抗干扰能力较差,光信号容易受到光源功率波动和光路扰动的影响,导致传感系统的抗干扰能力较差。

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