光纤f-p腔传感器的制造方法
【专利说明】光纤F-P腔传感器的制造方法
[0001]本申请是申请日为2013年12月7日，申请号为2013106688720，名称为光纤F-P腔传感器的制造方法及制作装置的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明属于光纤传感器技术领域，涉及到一种光纤测压传感器的制造方法，特别是一种光纤F-P腔测压传感器的制造方法及制作装置。
【背景技术】
[0003]在油田开发过程中需要对井下温度、压力等参数进行实时监测，了解井下的物理状态从而优化采油方案，提高采油效率，由于井下的恶劣环境，传统的电子传感器无法在井下长期稳定的工作，光纤传感器以其抗干扰能力强、耐腐蚀、可靠性能好等优点受到越来越广泛的应用。
[0004]1991年Murphy等人制作了 F-P光纤传感器，其特征是将两根端面切平的裸光纤置于一根内径与裸纤直径相匹配的准直毛细管中，两裸纤端面与两者之间的空气腔形成F-P腔，F-P光纤传感器灵敏度高，易于实现对井下温度、压力等物理参数的高精确测量。目前，光纤F-P腔传感器在油田井下温度压力，文献“Developments on Optical Fiber SensingTechnologies Applied in Oilfield”，桥梁应变监测，文献“Applicat1n research ofsubmerged F-P optical fiber strain sensor used in the health monitoring ofconcrete bridge”等领域得到广泛应用。
[0005]光纤F-P腔的焊接主要是插入毛细玻璃管的光纤与毛细玻璃管的固定，文献“Phase-shifted transmiss1n/reflect1n-type hybrid extrinsic Fabry-Perotinterferometric optical fiber sensor” 和文 南犬 “Extrinsic Fabry-PerotInterferometer System Using Wavelength Modulated Source” 中米用环氧树脂胶粘接光纤与毛细管，由于环氧树脂胶高温下不稳定，存在蠕变，导致环氧树脂胶粘的光纤F-P腔性能不稳定，不能耐高温且强度差，密封性能差等缺点，无法适用于油井下的恶劣环境。文献“光纤F-P干涉仪传感器封装方法的研究”中采用单侧高频C02脉冲激光热熔固定的方法，该方法由于在焊点处受力不均易导致毛细玻璃管在焊点处弯曲变形，另外，由于只是单侧热恪，即使将光纤与玻璃管焊接住也不能保证完全密封。文献“Fiber Optical pressureand temperature sensors for oil down hole applicat1n，，中米用三束成 120° 的 C02激光束热熔的方法固定光纤与毛细玻璃管，但由于毛细玻璃管直径小，因此需要非常精细的调节，系统要求精度高且搭建系统成本高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种利用氢氧焰高温热熔熔接光纤与玻璃管制作光纤F-P腔传感器的方法与装置，通过氢氧焰加热热熔毛细玻璃管，使毛细玻璃管壁熔化，同时在抽气的作用下使得毛细玻璃管壁向内瘪与光纤熔接在一起。
[0007]本发明的技术方案是，一种光纤F-P腔传感器的制作装置，它包括设置有固定座的装置支架，在固定座中固定有圆锥滚子轴承；中空的固定轴顶部与中空的三爪卡盘固定连接；固定轴中部穿过圆锥滚子轴承支撑固定在装置支架上并相对于装置支架绕固定轴的轴线枢转，固定轴底部与大同步带轮固定连接；大同步带轮与步进电机驱动的小同步带轮通过皮带传动；
中空的管轴穿过三爪卡盘和固定轴中心，管轴的上部由三爪卡盘夹持并随三爪卡盘转动，管轴的下端插入到固定在装置支架上的管轴底座中，管轴底座通过两个密封圈实现与管轴的动密封，真空栗通过塔形接头连接在管轴底座上，塔形接头通过密封圈和螺纹实现与管轴底座的密封固定；
管轴顶端设置有异径管，在异径管上设置有毛细玻璃管固定夹具。
[0008]本方案的具体特点还有，所述毛细玻璃管固定夹具包括旋装在异径管上的固定螺母，设置在异径管中的中空的铜底座和铜座，铜底座外缘设置有台阶面，铜座套装在铜底座外缘与异径管内壁紧配合；在铜座顶部设置有台阶孔，台阶孔上部固定设置准直玻璃管，台阶孔下部允许毛细玻璃管穿过，准直玻璃管的内径与毛细玻璃管的外径相匹配；在铜座内腔设置有橡胶垫圈，在橡胶垫圈的中央设置有通孔，通孔的直径略小于毛细玻璃管的外径；固定螺母旋入异径管时压紧铜座以及橡胶垫圈和铜底座实现毛细玻璃管在管轴顶端的固定和密封。
[0009]管轴底座通过螺钉固定在装置支架上，通过固定的三爪卡盘、固定轴以及管轴底座保证管轴旋转时的同轴度。
[0010]大同步带轮卡入固定座底端的台阶上，并通过下端的紧固螺母定位及固定。
[0011]圆锥滚子轴承紧卡在固定座内的台阶上，通过键固定。
[0012]固定轴顶部通过螺栓固定在三爪卡盘底部的台阶面上。
[0013]本发明还提供了一种光纤F-P腔传感器的制造方法，它使用了权利要求1所述的光纤F-P腔传感器的制作装置，其特征是它包括如下步骤:(I)首先将信号光纤的一段涂覆层剥掉，用光纤切割刀将信号光纤端面切平，将信号光纤从毛细玻璃管的尾端插入，将剥掉涂覆层的信号光纤裸纤完全插入到毛细玻璃管中，信号光纤的切平平面接近毛细玻璃管的1/2处，打开氢氧焰热熔机将毛细玻璃管的顶端熔接密封住；
(2)将该顶端密封好的带信号光纤的毛细玻璃管插入铜座上的准直玻璃管中，将信号光纤尾纤伸入管轴中，将毛细玻璃管的尾端穿过准直玻璃管伸入铜座内部的橡胶垫圈中，橡胶垫圈通孔的直径略小于毛细玻璃管的外径，通过拧紧固定螺母压紧铜座将毛细玻璃管与橡胶垫圈密封固定；
(3)真空栗通过塔形接头与管轴底座连接，打开真空栗，真空栗速率1L/S，将管轴、管轴底座以及毛细玻璃管中的空气抽出；
(4)打开步进电机，调节旋转速度在120-140r/min之间，使管轴、铜座以及固定螺母旋转，通过调节三爪卡盘以及铜座保证毛细玻璃管的同轴度；
(5)打开氢氧焰热熔机，将喷嘴火焰对准毛细玻璃管1/2处往下1mm处的部位，进行高温熔融，同时在真空栗抽气的作用下使得毛细玻璃管管壁向内瘪与信号光纤熔接在一起；观察到毛细玻璃管熔融部位由透明变为白色时停止熔融，8-12秒，此时毛细玻璃管与信号光纤已熔接为一体； (6)关闭真空栗、氢氧焰热熔机，拧开固定螺母，将与信号光纤融为一体的毛细玻璃管从装置中取出；
(7)用光纤切割刀将毛细玻璃管顶端密封的部位切掉，取反射光纤将其端面切平，将反射光纤从毛细玻璃管的顶端插入，当反射光纤的切平端面距离信号光纤的切平平面5mm时，通过监测计算机监测腔长大小，监测腔长，即信号光纤端面与反射光纤端面的距离，为115微米?125微米之间时用光纤熔接机放电将毛细玻璃管顶端的反射光纤与毛细玻璃管固定;
(8)将反射光纤与毛细玻璃管切平，在毛细玻璃管顶端用氢氧焰热熔机将毛细玻璃管与反射光纤熔融密封，将反射光纤与毛细玻璃管熔融为一体，至此，信号光纤与反射光纤都与毛细