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Low-Cost Hydrogen Sensor in the ppm Range with Purely Optical Readout.
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2020-02-10 , DOI: 10.1021/acssensors.9b02314 Ediz Herkert 1 , Florian Sterl 1 , Nikolai Strohfeldt 1 , Ramon Walter 1 , Harald Giessen 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2020-02-10 , DOI: 10.1021/acssensors.9b02314 Ediz Herkert 1 , Florian Sterl 1 , Nikolai Strohfeldt 1 , Ramon Walter 1 , Harald Giessen 1
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Due to the changing global climate, the role of renewable energy sources is of increasing importance. Hydrogen can play an important role as an energy carrier in the transition from fossil fuels. However, to ensure safe operations, a highly reliable and sensitive hydrogen sensor is required for leakage detection. We present a sensor design with purely optical readout that reliably operates between 50 and 100,000 ppm. The building block of the sensor is a reactive sample that consists of a layered structure with palladium nanodisks as the top layer and changes its optical properties depending on the external hydrogen partial pressure. We use a fiber-coupled setup consisting of an LED, a sensor body containing the reactive sample, and a photodiode to probe and read out the reflectance of the sample. This allows separation of the explosive detection area from the operating electronics and thus comes with an inherent protection against hydrogen ignition by electronic malfunctions. Our results prove that this sensor design provides a large detection range, fast response times, and enhanced robustness against aging compared to conventional thin-film technologies. Especially, the simplicity, feasibility, and scalability of the presented approach yield a holistic approach for industrial hydrogen monitoring.
中文翻译：
ppm范围内的低成本氢气传感器，具有纯光学读数。
由于全球气候的变化，可再生能源的作用越来越重要。在化石燃料的过渡中，氢可以作为能源载体发挥重要作用。但是，为确保安全操作，需要高度可靠且灵敏的氢气传感器进行泄漏检测。我们提出的传感器设计具有纯光学读数，可在50至100,000 ppm之间可靠地工作。传感器的组成部分是反应性样品，它由具有钯纳米盘作为顶层的分层结构组成，并根据外部氢分压改变其光学特性。我们使用由LED组成的光纤耦合装置，包含反应性样品的传感器主体和光电二极管来探测和读取样品的反射率。这样可以将爆炸物探测区域与运行中的电子设备区分开，从而具有固有的保护功能，可防止电子故障引起的氢气着火。我们的结果证明，与传统的薄膜技术相比，这种传感器设计提供了较大的检测范围，快速的响应时间以及增强的抗老化能力。特别地，所提出的方法的简单性，可行性和可扩展性产生了用于工业氢监测的整体方法。
更新日期：2020-02-10
中文翻译：
ppm范围内的低成本氢气传感器，具有纯光学读数。
由于全球气候的变化，可再生能源的作用越来越重要。在化石燃料的过渡中，氢可以作为能源载体发挥重要作用。但是，为确保安全操作，需要高度可靠且灵敏的氢气传感器进行泄漏检测。我们提出的传感器设计具有纯光学读数，可在50至100,000 ppm之间可靠地工作。传感器的组成部分是反应性样品，它由具有钯纳米盘作为顶层的分层结构组成，并根据外部氢分压改变其光学特性。我们使用由LED组成的光纤耦合装置，包含反应性样品的传感器主体和光电二极管来探测和读取样品的反射率。这样可以将爆炸物探测区域与运行中的电子设备区分开，从而具有固有的保护功能，可防止电子故障引起的氢气着火。我们的结果证明，与传统的薄膜技术相比，这种传感器设计提供了较大的检测范围，快速的响应时间以及增强的抗老化能力。特别地，所提出的方法的简单性，可行性和可扩展性产生了用于工业氢监测的整体方法。
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