[发明专利]毛细玻璃管表面镀碳膜工艺

说明书

本申请是申请日为2014年9月16日，申请号为2014104703203，名称为毛细玻璃管表面镀碳膜装置与工艺的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，涉及到一种光纤传感器的防氢损方法，特别是一种毛细玻璃管表面的镀膜装置与工艺。

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。

1983年，N. Uchida在文献中介绍了一条铺设两年多的光缆的显著的光纤衰减变化，使的光纤在传输过程中的损耗成为人们研究的热点，之后，通过实验及理论研究得知，这是由于氢分子渗入光纤芯区，与光纤的玻璃基体发生作用或形成OH键，引起附加损耗的现象，即俗称的光纤的“氢损”。

光纤井下温度压力传感器采用F-P腔测压，光纤布拉格光栅测温，F-P腔采用与光纤相同材料的石英毛细管，由于在氢离子的环境中，氢离子会扩散到石英毛细管中，同时与石英毛细管中的缺陷发生反应，进而扩散到光纤中造成光信号传输的衰减增大，影响光纤传感器的测量精度以及光纤传感器的使用寿命，因此提高光纤传感器的阻氢性能对光纤传感器的长期稳定性应用具有至关重要的作用。

在光纤或者石英毛细管表面镀膜的方法主要有物理方法和化学方法两种，其中物理方法主要有热蒸发法、溅射法和离子镀法等，化学方法主要是化学气相沉积法，通过化学气相沉积法在光纤或者石英毛细管表面镀碳膜是防止光纤氢损的主要方法，化学气相沉积法从理论上来说就是两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料沉积到基体表面。

发明内容

本专利的目的是提供一种在石英毛细玻璃管表面镀碳膜的装置与工艺，将石英毛细玻璃管置于一个密闭壳体内，通过CO₂激光器对石英毛细玻璃管进行局部加热，其加热温度可通过设置激光能量与强度进行调节，采用乙炔气体作为反应气体，先将密闭壳体抽真空，再在密闭壳体内通入乙炔与氮气的混合气体，在高温下乙炔气体首先进行断键和脱氢反应，即

通过反复的聚合反应最后形成碳膜。

本发明的技术方案是，一种毛细玻璃管表面镀碳膜装置，它包括固定在底座上的二氧化碳激光打标机和与二氧化碳激光打标机配合的棱镜，还包括一中空的壳体，在壳体一个侧面设置有与棱镜相对应的透光窗口，在壳体另一侧面设置有第一气孔和第二气孔，第一气孔与真空泵连通，第二气孔与乙炔氮气气体罐连通；在壳体上设置有光纤夹具，壳体内部与壳体外部气密封。

通过设置CO₂激光打标机的打标长度及激光强度与时间，可以调节其对石英毛细玻璃管的加热温度；棱镜的作用是将垂直的激光折射为水平方向，通过硒化锌窗口片进入壳体。

本方案的具体特点还有，所述透光窗口采用硒化锌窗口片，硒化锌窗口片的作用是起对CO₂激光的增透作用。

真空泵通过塔形接头与壳体连接，其作用是将壳体抽真空；乙炔氮气气体罐也通过一个塔形接头与壳体连接，通过塔形接头向壳体内通入乙炔与氮气的反应气体。

在壳体上设置有观察窗口，观察窗口上的镜片通过高温胶固定在壳体上，透过窗口镜片实时观察壳体内的碳膜涂覆情况；

在壳体顶部设置有排气阀和压力表；排气阀，通过螺纹和密封圈固定并密封在壳体上，用以释放压力，平衡壳体内压强；压力表通过螺纹和硅胶固定并密封在壳体上，用以实时监测壳体内的压强，排气阀用以释放压力，防止危险的发生。

壳体通过螺母固定在位置移动平台上，并通过位置移动平台与底座连接，位置移动平台可以相对于底座进行上、下、前、后、左、右六维的移动微调，用以调节使石英毛细玻璃管置于CO₂激光的焦点处。

光纤夹具包括准直玻璃管固定座，准直玻璃管固定座包括头部，颈部和尾部，颈部直径大于头部和尾部，在准直玻璃管固定座的头部和尾部侧面设置有密封圈，准直玻璃管固定座尾部插入到壳体顶部与之适配的台阶孔中，准直玻璃管固定座尾部下端用高温胶粘有准直玻璃管，准直玻璃管内径与需镀碳膜的石英毛细玻璃管外径相适配，准直玻璃管用来固定石英毛细玻璃管，准直玻璃管固定座头部套装有中间套，在中间套和准直玻璃管固定座头部之间设置有橡胶垫圈，紧固螺帽套装在中间套外面与壳体上的螺纹配合压紧中间套实现气密封。