摘要
为满足电力设备绝缘系统中早期氢气监测的需求，本文提出了一种基于Pd–Cu合金微悬臂梁的光纤法布里-珀罗氢气传感器。该微悬臂梁作为受力敏感结构，其表面沉积有Pd–Cu合金膜作为氢气敏感层，同时还有一层金反射层用于增强光反射并抑制热漂移效应。氢气吸收会导致Pd–Cu合金膜体积膨胀，进而使悬臂梁发生弯曲，使得法布里-珀罗腔长发生变化，从而改变反射光谱的特征波长，进而实现基于波长调制的氢气检测。通过有限元分析研究了该结构的应力分布和位移响应情况，验证了微悬臂梁结构的有效放大作用。随后进行了传感器的制造、封装以及氢气响应实验。实验结果表明，在0–300 ppm的氢气浓度范围内，该传感器具有良好的线性响应特性，波长灵敏度约为20.8 pm/ppm，检测下限为3.24 ppm。在24小时的稳定性测试中，基线波动的标准差为22.46 pm，显示出良好的稳定性和重复性检测性能。温度变化会使传感器的波长灵敏度变为约0.2734 nm/°C，而环境条件测试则表明其在温度、湿度、振动及电磁干扰环境下仍能稳定工作。该传感器具备抗电磁干扰能力、本质安全性，且适合微型化集成应用，因此在电力设备中的低浓度氢气监测领域具有广阔的应用前景。
