专利名称：一种光纤压力传感器的密封方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，涉及到光纤传感器件的密封技术，是一种光纤传 感器件的密封方法。
背景技术：
光纤传感器具有高精度、体积小、能承受油气井下高温、高压极端条件等优点，集 传感与信号传输于一体，可实现远距离测量与监控。可以直接感测压力的光纤传感器在油 田测井中有重要的应用，直接接触导压介质的光纤压力传感器需要采用一种适合应用环境 的耐压密封器件来隔离待测的高压环境和传感器其它部分所处的无压环境，同时保证光纤 能够低损耗的穿过密封件。目前，常用的光纤压力传感器的封装方法，是采用环氧树脂类胶粘接的密封。在低 温、低压测量环境下，光纤压力传感器的压力隔离器件并不是一个关键器件，环氧树脂类胶 密封可以达到使用要求，但在高温高压环境下，例如30(TC、60MI^环境，使用环氧胶则不能 起到有效的密封和隔离作用，这种情况下，压力密封器件在光纤传感器系统中成为一个关 键器件。另外采用无机胶密封也因热膨胀系数与金属和光纤不同，以及致密性不好，不能在 大温度范围变化的情况下保持高压密封。而如果失去密封作用，光纤传感器的信号传输光 纤将极易被腐蚀，同时光纤压力传感器将产生严重的漂移直至完全失效。
发明内容
本发明的目的在于通过采用激光微加工工艺和机械密封技术，在不使用任何胶粘 剂的情况下，制作出光纤压力传感器密封器件，实现光纤传感器的高压密封，使光纤压力传 感器能够长期稳定的在高达300°C的温度环境下运行。本发明的技术方案为波纹膜片、压力传导液充填空间，光纤压力敏感元，裸光纤、 CO2激光融熔点、厚壁石英管、带涂覆层的信号传导光纤、软金属锥形密封环，压力传感器不 锈钢外封装结构，压力传感器封装结构的光纤保护管组成。压力传感器不锈钢外封装结构 与压力传感器封装结构的光纤保护管对接，中间有软金属锥形密封环密封，压力传感器不 锈钢外封装结构内腔有压力传导液充填空间，端部有波纹膜片，其内有光纤压力敏感元，裸 光纤、CO2激光融熔点、厚壁石英管、带涂覆层的信号传导光纤一次穿过。裸光纤中间包有厚 壁石英管，其上有CO2激光融熔点，厚壁石英管卡在软金属锥形密封环内，一端连有带涂覆 层的信号传导光纤。本发明采用线形聚焦的(X)2激光束将内径与裸光纤外径匹配的厚壁石英毛细管与 光纤熔融到一起，再利用软金属锥形环挤压密封毛细管。本发明基于激光微加工技术的光纤压力传感器的无胶密封方法解决了长期困扰 光纤传感器在高温高压环境下应用的一个关键技术难题，使得高精度光纤压力传感器在 高温油井下的长期可靠应用成为可能。该密封结构能够耐受300°C的环境温度，能够承受 60MI^的压强差，并且结构简单可靠，易于传感器的封装和批量生产。经多次、长时间和大温度范围变化实验，该密封结构性能可靠，对光纤传感器的测量指标没有任何不利影响，将成 为新一代高温光纤压力传感器所采用的主要密封方法。该密封方法解决了光纤压力传感器 高温下传感测压腔体与传导信号光纤以及光纤温度传感器保护钢管的压力隔离密封的关 键技术问题。
附图1是采用线形聚焦的(X)2激光束熔融厚壁石英毛细管和非本征F-P光纤传感 器的剖面图。附图2是采用本发明方法封装光纤压力传感器的结构剖面图。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细说明本发明的最佳实施例见图1 由光纤压力敏感元1、裸光纤2、C02激光融熔点3、厚壁石英管4、带涂覆层 的信号传导光纤5组成，光纤压力敏感元1采用F-P腔式，选择内孔直径与光纤外径匹配的 厚壁石英毛细管4。将带涂覆层的信号传导光纤5的一端去掉涂敷层后，利用光学调整装 置插入厚壁石英毛细管4中，然后调整(X)2激光束3，使其焦线会聚在厚壁石英管4中间略 偏向传感单元一边，利用激光局部加热使光纤2和厚壁石英毛细管4熔接、封闭和永久性固 定。然后在光纤端部连接或者直接制作光纤压力敏感元件1。如图2所示由波纹膜片6、压力传导液充填空间7，光纤压力敏感元1，裸光纤2、 CO2激光融熔点3、厚壁石英管4、带涂覆层的信号传导光纤5、软金属锥形密封环8，压力传 感器不锈钢外封装结构9，压力传感器封装结构的光纤保护管10组成。将经过上述过程制作的光纤压力敏感元-密封石英管组件穿套一个软金属锥形 密封环8，然后穿入压力传感器封装结构的光纤保护管10。将压力传感器不锈钢外封装结 构9中的压力传导液充填空间7充满压力传导液，然后与压力传感器封装结构的光纤保护 管10对接旋紧，这时置于压力传感器封装结构的光纤保护管10与厚壁石英管4之间的空 隙由软金属锥形密封环8紧密填充实现密封，当选用的厚壁石英毛细管4壁厚远大于石英 管中心孔径时，螺纹旋紧挤压密封的同时不会对光纤信号传输产生影响。
权利要求
1.一种光纤压力传感器的密封方法，是通过采用激光微加工工艺和机械密封技术，采 用线聚焦的(X)2激光束将内径与裸光纤外径匹配的厚壁石英毛细管与石英光纤熔融、密封、 固定到一起，再利用锥形软金属环通过机械挤压密封毛细管和不锈钢封装结构。
2.一种光纤压力传感器的密封方法，由波纹膜片(6)、压力传导液充填空间(7)，光纤 压力敏感元(1)，裸光纤O)、CO2激光融熔点(3)、厚壁石英管G)、带涂覆层的信号传导光 纤(5)、软金属锥形密封环(8)，压力传感器不锈钢外封装结构(9)，压力传感器封装结构的 光纤保护管(10)组成，其特征在于压力传感器不锈钢外封装结构(9)与压力传感器封装 结构的光纤保护管(10)对接，中间有软金属锥形密封环(8)密封，压力传感器不锈钢外封 装结构(9)内腔有压力传导液充填空间(7)，端部有波纹膜片(6)，其内有光纤压力敏感元 (1)，裸光纤位)、CO2激光融熔点(3)、厚壁石英管G)、带涂覆层的信号传导光纤( 一次 穿过。裸光纤( 中间包有厚壁石英管G)，其上有CO2激光融熔点(3)，厚壁石英管(4)卡 在软金属锥形密封环(8)内，一端连有带涂覆层的信号传导光纤(5)。
3.根据权力要求1所述的一种光纤压力传感器的密封方法，其特征在于选择内孔直 径与光纤外径匹配的厚壁石英毛细管G)，将带涂覆层的信号传导光纤(5)的一端去掉涂 敷层后，利用光学调整装置插入厚壁石英毛细管(4)中，然后调整CO2激光束(3)，使其焦线 会聚在厚壁石英管中间略偏向传感单元一边，利用激光局部加热使光纤( 和厚壁石 英毛细管(4)熔接、封闭和永久性固定，然后在光纤端部连接或者直接制作光纤压力敏感 元⑴。
4.根据权力要求1所述的一种光纤压力传感器的密封方法，其特征在于上述过程制 作的光纤压力敏感元一密封石英管组件穿套一个软金属锥形密封环(8)，然后穿入压力传 感器封装结构的光纤保护管(10)，将压力传感器不锈钢外封装结构(9)中的压力传导液充 填空间(7)充满压力传导液，然后与压力传感器封装结构的光纤保护管(10)对接旋紧，这 时置于压力传感器封装结构的光纤保护管(10)与厚壁石英管(4)之间的空隙由软金属锥 形密封环(8)紧密填充密封。
全文摘要
本发明涉及到光纤传感器件的密封技术，是一种光纤传感器件的密封方法，由波纹膜片6、压力传导液充填空间7，光纤压力敏感元1，裸光纤2、CO2激光融熔点3、厚壁石英管4、带涂覆层的信号传导光纤5、软金属锥形密封环8，压力传感器不锈钢外封装结构9，压力传感器封装结构的光纤保护管10组成。采用线聚焦的CO2激光束将内径与裸光纤外径匹配的厚壁石英毛细管与石英光纤熔融、密封、固定到一起，再利用锥形软金属环通过机械挤压密封毛细管和不锈钢封装结构。实现压差60MPa、长期耐受温度300℃的无胶密封。对光纤传感器的测量指标没有任何不利影响，将成为新一代高温光纤压力传感器所采用的主要密封方法。该密封方法解决了光纤压力传感器高温下传感测压腔体与传导信号光纤以及光纤温度传感器保护钢管的压力隔离密封。
文档编号G01L1/24GK102103028SQ20091024274
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者于清旭, 刘斌, 吴冠霖, 孙向东, 崔士斌, 张国禄, 徐英莉, 王佩虎, 王小娜, 赵业卫, 赵伟, 邓中先, 马丽勤 申请人:中国石油天然气股份有限公司