[发明专利]光纤F-P腔传感器的制作方法及制作装置

说明书

技术领域

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作方法，特别是一种光纤F-P腔测压传感器的制作方法及制作装置。

背景技术

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。

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 Sensing Technologies Applied in Oilfield”，桥梁应变监测，文献“Application research of submerged F-P optical fiber strain sensor used in the health monitoring of concrete bridge”等领域得到广泛应用。

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 transmission/reflection-type hybrid extrinsic Fabry-Perot interferometric optical fiber sensor”和文献“Extrinsic Fabry-Perot Interferometer System Using Wavelength Modulated Source”中采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CO2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，由于只是单侧热熔，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 pressure and temperature sensors for oil down hole application”中采用三束成120°的CO2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

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。

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，真空泵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。

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。

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。

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。