1. 研究目的与意义（文献综述）

氢能是公认的清洁能源，也是一种新兴的零碳能源。目前中国在氢能领域取得了多方面的研究进展，已成为氢能技术和应用领先的国家之一。虽然氢能源和其他能源相比有诸多优点，但是在制造、运输和储存等方面还存在技术问题，因此仍未得到广泛应用。氢以气态存在时是可燃性气体，氢分子质量和体积最小，渗透性强，无色无味，在使用过程中极易泄露且不易察觉，容易引发火灾、爆炸等事故。2011年福岛核电站由于冷却系统故障，反应堆内冷却水平面下降导致堆芯裸露。燃料棒外壳发生锆一水反应生成大量氢气，封闭在安全壳之内发生了爆炸，最终造成堆芯熔化，产生核泄漏。因此，为了避免发生氢气爆炸事故，研究安全、可靠、灵敏度高、可远距离传输的氢气传感系统具有重要意义。

光纤类氢气传感器是光纤传感器研究热点之一，近年来的光纤类氢气传感器研究方向，分别微镜型、干涉型、消逝场型、光纤布拉格光栅(fbg,fiber bragg grating)型等不同类型的光纤类氢气传感器。

微镜型光纤氢气传感器是根据从耦合器的一端进入的激光，经过多模光纤端面所溅射的钯(pd)薄膜反射后，被耦合器另一端所连接的光探测器接收。目前应用该原理的片状纳米pd/wo3复合薄膜可以对低至0.01%浓度的氢气产生响应，且在2%至4%标准氢气浓度范围内响应最明显，响应时间和回复时间分别小于30s和60s。

干涉仪型光纤氢气传感器主要是通过氢敏感材料对干涉仪光程差的影响引起干涉光谱的变化，进而实现对氢气的测量。目前，采用飞秒微加工技术和磁控溅射镀膜技术相结合的方法制备并研究了基于 mach-zehnder、fabry-perot、michelson干涉原理的三种不同微结构的氢气传感器，在微加工腔长为40μm，钯膜厚度为110nm的情况下，微型mach-zehnder干涉型光纤氢气传感器的波长漂移率为0.155nm/%。

2. 研究的基本内容与方案

本研究主要是根据受激布里渊散射和光时域分析技术相结合的分布式传感，再结合布里渊散射效应中的声子和光子之间的相互作用，推导出并完善氢气的分布式传感理论模型，根据此氢气分布式传感的理论模型进行相关仿真和实验，完成对设计模型正确性的证明，再利用布里渊散射光时域技术的系统分析氢气扩散进入介质的布里渊散射频谱，并测量出系统的灵敏度。

由于目前该系统检测氢气只能在高压情况下，让氢气扩散进入光纤，但是对于实际需求的满足还有一定距离。因此，本研究的目标是根据掌握的布里渊散射效应和光时域分析技术相结合来寻找一种合适的光纤传感介质，使得氢气传感能够在常温常压下进行监测。

拟采用的技术方案是在分析现有基于布里渊散射的分布式光纤传感技术基础上，运用稳态条件下的受激布里渊散射理论模型，理论计算并获得氢气扩散进入介质对布里渊增益谱强度、线宽和中心频率的影响，设计的实验方案如图1所示。

3. 研究计划与安排

第1周：查阅相关文献资料，明确研究内容。

第2周：完成英文文献翻译，了解光纤布的里渊散射效应原理和布里渊光时域分析系统传感原理。

第3周：完成开题报告。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 黎敏，廖延彪.光纤传感器及其应用技术(第二版)[m].武汉:武汉大学出版社，2012:149-152.

[2] 母坤，童杏林，胡畔，等.氢气传感器的技术现状及发展趋势[j].激光杂志，2016,37(5):1-5.

[3] 宋牟平.微波电光调制的布里渊散射分布式光纤传感技术闭[j].光学学报，2004,24(8):1111-1114.