【摘 要】
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由于具有不需要油气分离、体积小、抗电磁干扰能力强、气体选择性好、机械性能好和灵敏度高的优点,涂覆有钯/银合金膜的光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）氢气传感器是一种变压器套管油中溶解氢气的在线检测方法。然而,目前制约光纤氢气传感器的长期可靠性的关键因素尚不明朗,因此传感器能否在变压器油中长时间可靠性运行缺乏相关研究证明。为了预测传感器的寿命,本文对涂覆有钯/银合金膜的F
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由于具有不需要油气分离、体积小、抗电磁干扰能力强、气体选择性好、机械性能好和灵敏度高的优点,涂覆有钯/银合金膜的光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）氢气传感器是一种变压器套管油中溶解氢气的在线检测方法。然而,目前制约光纤氢气传感器的长期可靠性的关键因素尚不明朗,因此传感器能否在变压器油中长时间可靠性运行缺乏相关研究证明。为了预测传感器的寿命,本文对涂覆有钯/银合金膜的FBG氢气传感器长期可靠性进行了系统研究。首先,探究了钯吸收氢气的基本原理。分析了 FBG传感器的传感原理。结合变压器油中溶解氢气在线监测的实际需求,设计了涂覆有钯/银合金膜的FBG氢气传感器的结构,以及分析了钯/银合金膜的老化失效机制。介绍了氢敏薄膜的磁控溅射制备工艺和相关参数,并制备了涂覆有钯/银合金膜的FBG氢气传感器。其中钯/银合金膜的厚度约为400 nm,钯:银的质量百分比约为2.35:1。然后,基于涂覆有钯/银合金膜的FBG氢气传感器的老化失效机制,设计了研究FBG氢气传感器的长期可靠性的实验方案。设计并搭建了研究氢气传感器长期可靠性的自动运行实验平台,包括腔体的设计、电路设计以及可编程逻辑控制器（Programmable logic controller,PLC）的编程三部分。测试了实验腔体的密闭性,并确保PLC可以控制实验平台自动进行50次的吸氢-释氢循环实验。最后,在循环老化实验之前,标定了氢气传感器的基本性能,即传感器1和传感器2的气相灵敏度分别为0.0010 pm/ppm H2和0.00096 pm/ppm H2,检测最小值为0.25%;油相灵敏度分别为0.020 pm/ppm和0.020 pm/ppm,检测最小值为250 ppm。在油温为120℃,油中溶解氢气浓度为2000 ppm的条件下,进行了 3组一共300 h的吸氢-释氢循环老化实验。通过阿累尼乌斯模型预测了 FBG传感器的寿命,验证了涂覆有钯/银合金膜的FBG氢气传感器具有良好的长期可靠性,可满足电力变压器套管内氢气的长期在线监测需求。
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