光纤氢气传感器在远程氢气泄漏检测中的应用

该传感器的主要优点包括简单、灵敏、并且可以进行快速远程诊断。

  氢被认为是一种很有前途的替代能源,然而,由于其与氧气混合时具有高度爆炸性,因此其作为能量载体的应用很复杂。例如,在储氢罐发生氢气泄漏的情况下,可能会出现爆炸等危险情况。

基于用IRMOF-20膜装饰的等离激元活性光纤表面的当前氢传感器设计的制造和作用的示意图。_副本.jpg

基于用IRMOF-20膜装饰的等离激元活性光纤表面的当前氢传感器设计的制造和作用的示意图

  TPU化学与应用生物医学科学研究院副教授Pavel Postnikov说:“因此,有必要检测气体混合物中的氢分子。目前,有各种方法,包括电子传感器,尽管它们是潜在的火花源。在这方面,我们把注意力转向了光纤,这是一种简单的商用材料。此外,由于光纤可以在长距离上快速且轻松地传递信息,因此可以远程操作传感器。该传感器可以安装在氢动力机器或加油站的发动机上,”

  光纤是光学透明材料(例如玻璃或塑料)制成的细丝,能够以光脉冲的形式传输数字信息。研究人员通过去除纤维护套的碎片,并通过磁控溅射在其位置上涂上一层金来修饰纤维。在该黄金区域的表面上,产生了表面等离子体共振效应,它是分析信号的来源。研究人员将基质溶液中的黄金区域作为由锌分子和特定有机化合物组成的金属有机框架的基础。

  Postnikov说:“该框架对氢非常敏感,因为它会从空气中捕获氢分子。此外,它对其他气体是惰性的。这种传感器相当于固定色谱仪,它的价格是固定色谱仪的10倍,需要合格的工作人员来操作。目前,我们已成功实现了低于2%的灵敏度和检测极限,换句话说,我们的传感器可以检测空气中浓度低于2%的氢气,而氢气和氧气的混合气体的爆炸下限约为4%。”

  该传感器的主要优点包括简单、灵敏、并且可以进行快速远程诊断。研究人员补充说:“该传感器的另一个重要特征是传感器对诸如二氧化碳和各种氧化物之类的氧化气体具有抵抗力。对于现代传感器而言这是一个重大问题,因为这些气体会干扰氢的吸收。我们的传感器可以在充满此类气体的露天环境中轻松工作。”

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