Е.Н. Пестерев – магистр, НИЯУ МИФИ;

инженер, ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Моск. обл.)

E-mail: jserver370@gmail.com

Ф.А. Егоров – д.ф.-м-н., науч. руководитель, вед. науч. сотрудник,

ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Моск. обл.) В.Т. Потапов – д.т.н., зав. лабораторией,

ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Моск. обл.)

Постановка проблемы. В связи с активным развитием водородной энергетики как в России, так и за рубежом, актуальной задачей является разработка систем дистанционного контроля концентрации водорода в воздухе, обладающих повышенной пожаро-взрывобезопасностью, точностью измерений и достаточным быстродействием. Необходимо создать волоконно-оптические резонансные датчики концентрации водорода в воздухе, использующие зависимость частоты собственных колебаний микрооптомеханических резонансных систем с палладиевой пленкой от концентрации водорода и проанализировать условия эффективного оптического возбуждения акустомеханических колебаний, а также разработать методы высокоточного считывания информации о параметрах мод собственных колебаний систем и определить основные характеристики датчиков: диапазон измерений концентрации водорода, точность и быстродействие волоконно-оптических датчиков (ВОД).

Цель. Исследовать основные характеристики (чувствительность, быстродействие) предложенных волоконно-оптических резонансных датчиков (ВОРД) водорода, принцип действия которых основан на зависимости резонансной частоты составных МОМРС, содержащих тонкую пленку палладия, от концентрации водорода в воздухе.  

Результаты. Показана возможность создания резонансных ВОД концентрации водорода в воздухе с определенными характеристиками: диапазон измеряемых концентраций водорода 0−4% (объемных); точность − ±0,3%; быстродействие − не менее 30 с; удаленность объектов контроля − до 1 км.

Практическая значимость. Волоконно-оптические датчики концентрации водорода могут найти применение на пожаровзрывоопасных объектах (атомные станции, ракетно-космическая промышленность и др.). Предложенные ВОД концентрации водорода позволяют осуществлять высокоточный дистанционный контроль утечек водорода с достаточным быстродействием, что обеспечивает возможность безопасной эксплуатации указанных критически важных объектов. 

1. Окоси Т. Волоконно-оптические датчики. Л.: Энергоатомиздат. 1990. 256 с.
2. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. М.: Энергоатомиздат. 1990. 256 с.
3. Aspelmeyer M., Kippenberg T.J., Marquardt F. Cavity Optomechanics, Nano- and Micromechanical Resonators Interacting with Light. M.: Springer – Verlag Berlin Heidelberg. 2014. 353 c.
4. Egorov F., Potapov V. Laser Physics. 2011. V. 21. № 2. P. 1−5.
5. Fisser M., et al. Sensors and Actuators. 2018. № 259. Р. 10−19.
6. Henriksson J., Villanueva L.G. Brugger J. Nanoscale. 2012. № 4. Р. 5059–5064.
7. Butler M.A., Ginley D.S. Journal of Applied Physics. 1988. № 64. Р. 3706–3712.