微机电系统驱动的高灵敏度光纤光栅氢气传感器设计

本文主要探讨了一种基于镀钯薄膜的微悬臂梁型光纤光栅氢传感器的设计和制备技术。这种传感器采用微型机电系统（MEMS）的精密加工工艺，通过结合镀钯薄膜制成的微悬臂梁和光纤布拉格光栅（FBG）来实现对氢气的敏感探测。微悬臂梁作为关键组件，其结构的细微变化能够随着氢气的吸附而产生位移，这种位移会直接影响到光纤光栅的光周期，从而反映氢气在环境中的浓度。 工作原理是基于弹性力学理论，当微悬臂梁吸收氢气后，其机械性能发生变化，导致悬臂梁的形变。这种形变使得光纤布拉格光栅的反射波长发生移动，通过测量这一波长变化，就可以推算出氢气的浓度。研究发现，通过调整钯膜与硅悬臂梁的厚度比，可以优化传感器的灵敏度，其中厚度比为0.4时，传感器的响应量达到最大。 论文作者详细地进行了实验研究，验证了所建立的数学模型，即最大波长变化量与氢浓度之间的关系，实验结果与理论预测高度一致。这种新型传感器的优势在于其小型化、高灵敏度和非接触式测量，对于环境监测、工业过程控制以及安全防护等领域具有广泛的应用潜力。 总结来说，这篇论文的核心内容包括了微悬臂梁的制备方法、光纤光栅氢传感器的工作原理、敏感性优化策略以及理论模型与实验验证，这些都是推动氢气传感器技术发展的重要贡献，对于气体传感领域的研究者和工程师具有很高的参考价值。