(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210712230.5 (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 枣庄学院 地址 277160 山东省枣庄市 市中区北安路1 号 (72)发明人 高炬　赵蒙　 (74)专利代理 机构 苏州今迈知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32524 专利代理师 张佩璇 (51)Int.Cl. G01N 21/45(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 薄膜干涉型氢气传感器及氢气跟踪检测方 法 (57)摘要 本发明涉及一种薄膜干涉型氢气传感器及 氢气跟踪检测方法。 其包括内设空腔且上表面开 口的容器、 放置在空腔内下表面上的基片、 设置 在基片边缘一处与下表面之间的垫片、 封闭所述 开口的玻璃板以及穿过玻璃板透射入空腔的光 源， 所述玻璃板与所述下表面平行， 所述基片与 玻璃板之间存在空气层， 所述基片靠近玻璃板的 一侧表面设有钯薄膜， 所述容器设有通向所述空 气层的阀门， 所述光源的入射光与玻璃板垂直。 本发明提供的技术方案通过在一密闭空间中构 建薄膜干 涉结构， 干涉结构中薄膜厚度会随氢气 浓度变化发生变化， 从而可以反映到干涉条纹的 变化上， 设计的传感器结构简单、 反映灵敏、 成本 低、 安全性高。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114965368 A 2022.08.30 CN 114965368 A 1.一种薄膜干涉型氢气传感器， 其特征在于， 包括内设空腔且上表面开口的容器、 放置 在空腔内下表面上 的基片、 设置在基片边缘一处与下表面之间的垫片、 封闭所述开口的玻 璃板以及穿过玻璃板透射入空腔的光源， 所述玻璃板与所述下表面平行， 所述基片与玻璃 板之间存在空气层， 所述基片靠近玻璃板的一侧表面设有钯薄膜， 所述容器设有通向所述 空气层的阀门， 所述 光源的入射 光与玻璃板垂直。 2.根据权利要求1所述薄膜干涉型氢气传感器， 其特征在于， 所述钯薄膜厚度在10nm～ 1000nm， 膜厚不均匀度在1％以上。 3.根据权利要求1所述薄膜干涉型氢气传感器， 其特征在于， 所述基片为厚度均匀单面 或双面抛光的固体基片， 基片材质可为玻璃、 金属、 硅片、 陶瓷、 晶体等。 所述钯薄膜可采用 溅射、 蒸发或脉冲激光 沉积工艺涂覆在所述基材表面。 4.根据权利要求1所述薄膜干涉型氢气传感器， 其特征在于， 所述光源为单色光且是面 光源。 5.根据权利要求1所述薄膜干涉型氢气传感器， 其特征在于， 所述玻璃板与容器的接触 面设有真空密封 脂。 6.根据权利要求1所述薄膜干涉型氢气传感器， 其特征在于， 通过垫片使所述基片与 所 述下表面之间的夹角大于 0°且在2°以下。 7.利用权利要求1 ‑6任一所述薄膜干涉型氢气传感器进行氢气跟踪检测的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 1)所述光源垂直入射， 此时所述空气层显现第一干涉 条纹， 在视场内确定一观测刻度； 2)导入待测气体， 钯薄膜厚度随气体中含氢浓度变化发生变化， 所述空气层厚度也相 应变化， 第一干涉 条纹变化 为第二干涉 条纹； 3)观测刻度位置处干涉条纹位移情况判断待测气体中氢气浓度变化， 相对初始位置， 干涉条纹位移变大则氢气浓度增大， 位移变小则氢气浓度变小。 8.根据权利要求7所述方法， 其特征在于， 还包括根据干涉条纹位移量计算待测气体中 氢气浓度。 9.根据权利要求8所述方法， 其特征在于， 所述计算方法包括如下步骤： 通入若干氢气 标准浓度的气 体获取对应标准浓度下钯膜厚度的变化量， 拟合出钯膜厚度变化量与氢气浓 度关系标准曲线， 然后 将测试过程获得的空气层厚度变化量带入标准曲线获得对应的氢气 浓度； 比对获取第一干涉条纹和 第二干涉条纹在观测刻度处干涉条 纹的位移 量， 根据式1获 得空气层厚度变化 量： ΔH＝D λ/2L                    式1； 其中， ΔH为空气层厚度变化量， D为观测刻度处干涉条纹的位移量， λ为光源的波长， L 为相邻两条明条纹或暗条纹之间的距离 。 10.根据权利要求7所述方法， 其特征在于， 通过调整垫片厚度和/或位置， 调节所述基 片与所述下表面之间的夹角， 夹角越小精密度越高， 最终调节所述上述薄膜干涉型氢气传 感器的精密度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114965368 A 2薄膜干涉型氢气传感器及氢气跟踪检测方 法 技术领域 [0001]本发明属于氢气传感器技术领域， 具体涉及一种薄膜干涉型氢气传感器及氢气跟 踪检测方法。 背景技术 [0002]氢气传感器是一种检测氢气并产生与氢气浓度成正比的信号的传感器装置。 与传 统氢气检测方法(气相色谱仪、 质谱仪)有成本低、 尺寸小、 响应快等优点。 [0003]氢与氢气传感器 的感应元件相互作用， 可引起温度、 折射率、 电学性质、 质量或机 械结构变化。 根据检测物理量的不同， 氢气传感器分为催化型、 热导型、 电化学型、 电阻型、 功函数型、 机械型、 光学型和声 学型。 与其他类型氢气传感器相比， 光学型传感器更安全， 不 涉及电路风险； 其次， 因为其原始信号是光学信号， 而不是电学信号， 因此对电磁噪声的敏 感度低于其 他类型的传感器； 此外， 这类传感器可以进行实时跟踪式监测。 [0004]现有技术中利用光学变化来检测的传感器存在很多类型， 比如干涉型、 光栅型等。 传统干涉型氢气传感器是在马赫曾德或法布里珀罗的干涉结构上镀钯， 接触氢气时钯膜会 发生形变， 导致干涉结构的形变， 进而引起光谱变化， 以此为基础可进行氢气浓度传感。 但 上述方法在光纤干涉仪内镀膜很困难， 加工 重复性也很差。 [0005]薄膜干涉照射一束光波于薄膜， 由于折射率不同， 光波会被薄膜的上界面与下界 面分别反射， 因相互干涉而 形成新的光波。 薄膜干涉相较常用的干涉仪中的干涉结构简单， 成本低， 反馈快捷。 发明内容 [0006]本发明提供了一种薄膜干涉型氢气传感器及氢气跟踪检测方法， 用以解决目前干 涉型氢气传感器结构复杂， 成本高的问题。 [0007]为了解决上述技术问题， 本发明的技术方案是： 所述薄膜干涉型氢气传感器， 其包 括内设空腔且上表面开口的容器、 放置在空腔 内下表面上 的基片、 设置在基片边缘一处与 下表面之间的垫片、 封闭所述开口的玻璃板以及穿过玻璃板透射入空腔的光源， 所述玻璃 板与所述下表面平行， 所述基片与玻璃板之间存在空气层， 所述基片靠近玻璃板的一侧表 面设有钯薄膜， 所述 容器设有通向所述空气层的阀门， 所述 光源的入射 光与玻璃板垂直。 [0008]可选地， 所述钯薄膜厚度在10nm～10 00nm， 膜厚不均匀度在1％以下。 [0009]可选地， 所述基片的材质为玻璃、 金属、 硅片、 陶瓷、 晶体等， 所述钯薄膜通过溅射、 蒸发或脉冲激光 沉积工艺涂覆在所述基材表面。 [0010]可选地， 所述 光源为单色光且是面 光源。 [0011]可选地， 所述玻璃板与容器的接触面设有真空密封 脂。 [0012]可选地， 通过垫片使所述基片与所述下表面之间的夹角大于 0°且在2°以下。 [0013]可选地， 所述阀门包括进气阀门和出气阀门。 [0014]本发明还提供了利用上述薄膜干涉型氢气传感器进行氢气跟踪检测的方法， 其包说　明　书 1/4 页 3 CN 114965368 A 3