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如何使用光纤传感器检测氢气?

氢在能源和气候政策中发挥着关键作用。与其他气态或液态能源相比,氢气应用必须考虑特殊的安全要求,因为在某些条件下,除了爆炸危险之外,储罐或管道中的泄漏可能会产生易爆的空气-氢气混合物。

为了进一步提高处理氢气时的安全水平,光纤传感器可以检测氢气,并且在许多方面优于传统传感器。为了实现既定的气候目标并防止全球变暖加剧,所有国家都必须尽快在其能源结构预算中减少化石燃料的消耗。

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氢技术作为一种可持续的替代品越来越受到重视——尤其是在工业生产和运输领域。必须考虑适当的安全预防措施,无论在哪里使用、储存、运输和转移氢气。

尽管氢气无毒,重量比空气轻,因此会上升到顶部,但仍可能发生危险情况:确实,如果空气中的氢气浓度超过4%的阈值,并有足够的压力,这种情况很快就会发生。氢气罐或房间通风不良,一个小的点火源,一个火花,就足以引发爆炸。

体积小,易于集成,没有固有的安全风险

我司光纤传感器基本上没有这种风险。同时,它们不需要复杂的布线,体积小,可以轻松集成到需要监控的工厂或车辆的各种结构中。

光纤几乎用于安全相关的传感应用中,因为它们坚固耐用,直径只有大约为四分之一毫米。光纤要成为氢传感器,需要在许多地方进行修改。

为此,首先使用激光将某些结构压印到光纤芯中,形成所谓的光纤布拉格光栅:一种确保光在特定波长反射的周期性折射率调制。

然后在玻璃纤维的感觉部分涂上一层特殊的功能涂层,以确保玻璃纤维与氢气发生特异性反应。

钯有吸收氢的能力,就像海绵一样。一旦这两种物质相遇,氢就会分解成原子碎片,释放出来的氢原子会穿透钯的晶体框架。

这会导致光纤伸长,可以通过内置光纤布拉格光栅即时测量反射光信号的变化。一旦空气中的氢气浓度再次下降,氢气就会从钯中释放出来。

这意味着涂层不会损坏,传感器可以重复使用。

广泛应用的潜力

然而,这并不是我司研究人员测试过的唯一方法。例如,也可以用其纤维包层已被蚀刻掉的玻璃纤维来检测氢,或者在玻璃纤维表面涂上一层非常薄的纳米颗粒。

在实践中,新型光纤传感器可以成为氢动力汽车的一个组成部分,用于监测加氢站、汽车维修店或电解槽。

基于这项技术,可以轻松扩展更大的传感器网络,同时在多个点监控氢基础设施。用于记录测量数据的电子设备,例如用于对光纤传感器进行光学评估的光谱仪,可以安装在传感器范围内的安全位置。

如果超过一定浓度的氢气泄露并且传感器检测到该浓度,则触发相关应用的警报管理系统并启动特定措施,例如声音警告信号、关闭阀门或打开窗户,这一切仅仅发生在几秒钟内。

那么上述就是有关如何使用光纤传感器检测氢气的介绍,大家学会了吗?


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