毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置與工藝的製作方法

2023-05-19 12:26:06

毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置與工藝的製作方法
【專利摘要】一種毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置與工藝，它包括固定在底座上的二氧化碳雷射打標機和與二氧化碳雷射打標機配合的稜鏡，還包括一中空的殼體，在殼體一個側面設置有與稜鏡相對應的透光窗口，在殼體另一側面設置有第一氣孔和第二氣孔，第一氣孔與真空泵連通，第二氣孔與乙炔氮氣氣體罐連通；在殼體上設置有光纖夾具，殼體內部與殼體外部氣密封。該鍍碳膜裝置適用於化學氣相沉積方法在毛細玻璃管表面進行碳膜沉積。需鍍膜的毛細玻璃管插入準直玻璃管中，其尾部尾纖通過橡膠墊、光纖夾具、光纖固定夾具和螺帽擰緊密封，兩個塔形接頭裝置分別連接真空泵和氣體罐。塗覆碳膜的毛細玻璃管可以有效的阻止外界環境中氫離子的腐蝕，提高其使用壽命。
【專利說明】毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置與工藝

【技術領域】
[0001] 本發明屬於光纖傳感器【技術領域】，涉及到一種光纖傳感器的防氫損方法，特別是 一種毛細玻璃管表面的鍍膜裝置與工藝。

【背景技術】
[0002] 在油田開發過程中需要對井下溫度、壓力等參數進行實時監測，了解井下的物理 狀態從而優化採油方案，提高採油效率，由於井下的惡劣環境，傳統的電子傳感器無法在井 下長期穩定的工作，光纖傳感器以其抗幹擾能力強、耐腐蝕、可靠性能好等優點受到越來越 廣泛的應用。
[0003] 1983年，N. Uchida在文獻中介紹了一條鋪設兩年多的光纜的顯著的光纖衰減變 化，使的光纖在傳輸過程中的損耗成為人們研究的熱點，之後，通過實驗及理論研究得知， 這是由於氫分子滲入光纖芯區，與光纖的玻璃基體發生作用或形成0H鍵，引起附加損耗的 現象，即俗稱的光纖的"氫損"。
[0004] 光纖井下溫度壓力傳感器採用F-P腔測壓，光纖布拉格光柵測溫，F-P腔採用與光 纖相同材料的石英毛細管，由於在氫離子的環境中，氫離子會擴散到石英毛細管中，同時與 石英毛細管中的缺陷發生反應，進而擴散到光纖中造成光信號傳輸的衰減增大，影響光纖 傳感器的測量精度以及光纖傳感器的使用壽命，因此提高光纖傳感器的阻氫性能對光纖傳 感器的長期穩定性應用具有至關重要的作用。
[0005] 在光纖或者石英毛細管表面鍍膜的方法主要有物理方法和化學方法兩種，其中物 理方法主要有熱蒸發法、濺射法和離子鍍法等，化學方法主要是化學氣相沉積法，通過化學 氣相沉積法在光纖或者石英毛細管表面鍍碳膜是防止光纖氫損的主要方法，化學氣相沉積 法從理論上來說就是兩種或兩種以上的氣態原材料導入到一個反應室內，然後他們相互之 間發生化學反應，形成一種新的材料沉積到基體表面。


【發明內容】

[0006] 本專利的目的是提供一種在石英毛細玻璃管表面鍍碳膜的裝置與工藝，將石英毛 細玻璃管置於一個密閉殼體內，通過C0 2雷射器對石英毛細玻璃管進行局部加熱，其加熱溫 度可通過設置雷射能量與強度進行調節，採用乙炔氣體作為反應氣體，先將密閉殼體抽真 空，再在密閉殼體內通入乙炔與氮氣的混合氣體，在高溫下乙炔氣體首先進行斷鍵和脫氫 反應，即

【權利要求】
1. 一種毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，它包括固定在底座上的二氧化碳雷射打標機和與 二氧化碳雷射打標機配合的稜鏡，還包括一中空的殼體，在殼體一個側面設置有與稜鏡相 對應的透光窗口，在殼體另一側面設置有第一氣孔和第二氣孔，第一氣孔與真空泵連通，第 二氣孔與乙炔氮氣氣體罐連通；在殼體上設置有光纖夾具，殼體內部與殼體外部氣密封。
2. 根據權利要求1所述的毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，其特徵是所述透光窗口採用硒 化鋅窗口片。
3. 根據權利要求1所述的毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，其特徵是真空泵通過塔形接頭 與殼體連接；乙炔氮氣氣體罐也通過一個塔形接頭與殼體連接。
4. 根據權利要求1所述的毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，其特徵是在殼體上設置有觀察 窗口，觀察窗口上的鏡片通過高溫膠固定在殼體上。
5. 根據權利要求1所述的毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，其特徵是在殼體頂部設置有排 氣閥和壓力表。
6. 根據權利要求1所述的毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，其特徵是殼體通過位置移動平 臺與底座連接，位置移動平臺可以相對於底座進行上、下、前、後、左、右六維的移動微調。
7. 根據權利要求1所述的毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，其特徵是光纖夾具包括準直 玻璃管固定座，準直玻璃管固定座包括頭部，頸部和尾部，頸部直徑大於頭部和尾部，在準 直玻璃管固定座的頭部和尾部側面設置有密封圈，準直玻璃管固定座尾部插入到殼體頂部 與之適配的臺階孔中，準直玻璃管固定座尾部下端用高溫膠粘有準直玻璃管，準直玻璃管 內徑與需鍍碳膜的石英毛細玻璃管外徑相適配，準直玻璃管用來固定石英毛細玻璃管；準 直玻璃管固定座頭部套裝有中間套，在中間套和準直玻璃管固定座頭部之間設置有橡膠墊 圈，緊固螺帽套裝在中間套外面與殼體上的螺紋配合壓緊中間套實現氣密封。
8. 根據權利要求7所述的毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，其特徵是中間套上設置有堅向 滑槽和準直玻璃管固定座上的定位凸起滑配。
9. 一種石英毛細玻璃管表面塗覆碳膜的工藝，它包括如下步驟： (1) 使用如權利要求1所述的毛細玻璃管表面鍍碳膜裝置，將需要鍍碳膜的毛細玻璃 管置於光纖夾具底端的準直玻璃管中，尾纖穿過橡膠墊圈，擰緊緊固螺帽，壓緊中間套和橡 膠墊圈，將中間套與殼體的相對位置進行標記，真空泵和乙炔氮氣氣體罐通過塔形接頭與 殼體連接； (2) 調節二氧化碳打標機的出光點與稜鏡的之間的距離與稜鏡到石英毛細玻璃管的距 離之和為二氧化碳打標機的焦距，然後通過位置移動平臺進行距離的微調，微調至通過觀 察窗口觀察石英毛細玻璃管的亮度最大時停止調節； (3) 打開真空泵抽氣，抽氣至壓力表顯示為零時關閉真空泵開關，打開乙炔氮氣氣體罐 開關，通入反應氣體，通氣3分鐘後，打開真空泵開關邊通入反應氣體邊抽氣，以確保殼體 內充滿反應氣體，沒有空氣，然後將真空泵關閉； (4) 打開二氧化碳打標機設定打標圖形為長方形，長度為5cm，調節二氧化碳打標機打 標強度為300bit時，開始進行打標，即二氧化碳雷射對石英毛細管的加熱，由於打標圖形 為長方形，雷射會對毛細玻璃管的總長度進行打標，避免了採用雷射器單點雷射加熱時還 需使毛細玻璃管上下移動時不同軸引起的加熱不均勻；在打標加熱的同時，反應氣體分解， 碳膜沉積在毛細玻璃管的表面，對毛細玻璃管打標2~3次，停止打標； (5) 中間套上設置有堅向滑槽和準直玻璃管固定座上的定位凸起配合，定位凸起的作 用是使中間套和準直玻璃管固定座保持周向定位； (6) 以中間套與殼體的相對位置的標記為基礎，用扳手將中間套順時針轉動180°，對 毛細玻璃管的另外一面進行局部加熱鍍碳膜，方法同上； (7) 毛細玻璃管兩側碳膜沉積完成後，先將真空泵打開將殼體內的乙炔反應氣體抽出， 然後擰開緊固螺帽，將光纖夾具取出，在將鍍碳膜的毛細玻璃管從準直玻璃管中取出，至此 毛細玻璃管表面鍍碳膜完成。
【文檔編號】C23C16/26GK104195527SQ201410470320
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】王昌, 劉素香, 王英英, 劉小會, 趙慶超, 馬龍 申請人:山東省科學院雷射研究所