СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА В КОРПУСЕ
METHOD OF SEALING OPTICAL FIBRE IN HOUSING

Изобретение относится к области аналитического и измерительного приборостроения и может быть использовано для передачи оптических сигналов к элементам волоконно-оптических линий связи, работающим под высоким давлением и большими ударными перегрузками, для обнаружения и определения концентраций газов или жидкостей в химической, нефтеперерабатывающей, газовой и других отраслях промышленности.
Известен способ герметизации оптического волокна (Патент RU 2312382, МПК G02B 6/44, опубл. 10.12.2007, БИ №34), выбранный в качестве аналога. Способ предусматривает использование корпуса, имеющего отверстие, наличие двух уплотнительных полос отдельно от указанного корпуса. Часть одного или более оптических волокон размещают между уплотнительными полосами и прикладывают к ним давление и/или проводят термическую обработку, в результате чего получают герметизирующий элемент. Затем устанавливают герметизирующий элемент в отверстие корпуса и прикладывают к нему давление и/или проводят термическую обработку для герметизации указанного отверстия полосами. Возможна другая последовательность при герметизации. Уплотнительные полосы и оптическое волокно размещают в отверстии корпуса и прикладывают к нему тепло и/или давление так, чтобы герметизировать отверстие полосами и герметизировать полосы вокруг волокна. В результате может быть получен корпус, в который герметично введено оптическое волокно при помощи уплотнительных полос. Описанный способ используется в основном при производстве электронных компонентов.
Недостатком способа является то, что его затруднительно использовать при высоких давлениях исследуемой среды (тысячи атмосфер), поскольку уплотнительные полосы выполнены из полимерных материалов и не обладают достаточной прочностью.
В качестве прототипа выбран способ герметизации оптических волокон, указанный в патенте RU 2248023, МПК G02B 6/38, опубл. 10.03.2005, №7. Способ герметизации оптического волокна в корпусе заключается в нанесении на оптическое волокно упругого уплотнителя с применением клея. Уплотнительный элемент выполняют с конусной наружной поверхностью у одного из торцов. Вводят оптическое волокно с уплотнителем конусным торцом в сквозное отверстие корпуса и уплотняют в корпусе при помощи поджимной гайки. Такой способ герметизации обеспечивает герметичность соединения оптического волокна с корпусом при давлениях до 15 МПа.
Недостатком прототипа является то, что герметизация оптического волокна по данному способу не обеспечивает работоспособность соединения волокна с корпусом при давлениях выше 15 МПа.
Задачей настоящего изобретения является повышение предельного давления, при котором сохраняется работоспособность места герметизации оптического волокна в корпусе.
При использовании изобретения достигается следующий технический результат:
- возможность исследования параметров среды (газа или жидкости), находящейся под давлением до 400 МПа, за счет повышения надежности герметизации оптического волокна в корпусе;
- повышение точности измерения параметров исследуемой среды за счет возможности герметичной установки нескольких оптических волокон в одном корпусе;
- простота и экономичность способа герметизации.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается способ герметизации оптического волокна в корпусе, заключающийся в нанесении клея на место герметизации оптического волокна с последующей установкой волокна в сквозное отверстие корпуса, в котором, согласно изобретению, на место герметизации наносят слой анаэробного клея. После его отверждения корпус плавно нагружают давлением газа, при котором необходимо обеспечить герметичность, затем давление сбрасывают и на торцевую поверхность корпуса (содержащую место герметизации), включая место соединения волокна с корпусом, повторно наносят слой клея, и со стороны этого торца повторно прикладывают к корпусу нагрузку давлением газа, при котором необходимо обеспечить герметичность соединения. В качестве анаэробного клея используют клей «Анатерм-111» или «Анатерм-112».
Для ускорения отверждения клея возможен нагрев области герметизации до 50-60°C в течение 3-4 часов, что обеспечивает полное застывание клея в данной области.
Заявляемый способ позволяет герметизировать одновременно более одного оптического волокна.
При применении анаэробного клея для герметизации оптического волокна используется его свойство отверждаться в узких зазорах и не застывать на большой площади поверхности. Герметизация оптического волокна в корпусе осуществляется посредством приложения давления газа, при этом герметизация оптического волокна осуществляется в два этапа.
Первый этап герметизации заключается в нанесении клея на поверхность оптического волокна, после чего оптическое волокно устанавливается в соответствующее отверстие в корпусе. Анаэробный клей отверждается, находясь в узком зазоре между корпусом и оптическим волокном. Для ускорения отверждения клея возможен нагрев области герметизации до 50-60°C в течение 3-4 часов, что обеспечивает полное застывание клея в данной области. После отверждения клея на корпус, с вклеенным в него оптическим волокном, подается давление газа, величина которого равна предельному давлению среды, при котором соединение оптического волокна с корпусом должно остаться герметичным (рабочее давление). В результате воздействия давления в клеевом слое возникают трещины, которые могут привести к разгерметизации клеевого соединения при рабочих нагрузках. После этого производится второй этап герметизации путем повторного нанесения клея. На этом этапе анаэробный клей наносится на торцевую поверхность корпуса, включая место клеевого соединения волокна с корпусом, т.е. на место соединения оптического волокна и металлического корпуса и окружающую ее поверхность. Затем со стороны этого торца к корпусу плавно прикладывают повторную нагрузку давлением газа, при котором необходимо обеспечить его герметичность. Нанесенный на поверхность клей продавливается давлением газа в щели первичного клеевого соединения, где происходит его застывание. При образовании в результате возрастающей нагрузки новых дефектов происходит их устранение за счет проникновения в них под давлением новой порции клея. Таким образом, постепенно повышая давление газа, удается получить герметичное клеевое соединение при необходимом давлении. После проведения повторной герметизации излишки незастывшего клея удаляются с поверхности оптического волокна и поверхности детали. После этого производится нагрев детали до 50-60°C (в течение 3-4 часов) для полного застывания клея.
Заявляемым способом изготовлены экспериментальные образцы, содержащие в корпусе из нержавеющей стали два оптических волокна, была произведена герметизация двух оптических волокон. На боковую поверхность оптических волокон был нанесен анаэробный клей «Анатерм-111» (ТУ 2257-274-00208947-96), после чего они были установлены в сквозные отверстия корпуса. По прошествии 24 часов корпус нагревали до 60°C в течение 4 часов для ускорения застывания клея. Затем нагружали давлением, стремясь достигнуть величины 400 МПа, разгерметизация клеевого соединения прошла при давлении 180 МПа. После этого на торцевую поверхность корпуса, включая место клеевого соединения волокна с корпусом, нанесли слой анаэробного клея. Повторное плавное приложение давления 400 МПа и выдержка при нем в течение 5 мин привели к устранению образовавшихся трещин в клеевом соединении. В результате чего полученное соединение осталось герметичным. После процедуры герметизации остатки клея были удалены с поверхности. По прошествии 24 часов корпус нагревали до 60°C в течение 4 часов для ускорения застывания клея. В результате было получено герметичное соединение, позволяющее исследовать параметры рабочей среды, находящейся под давлением до 400 МПа.
Отметим здесь некоторые характерные особенности заявляемого метода:
- простота и экономичность способа герметизации;
- возможность герметизации множества оптических волокон в одном корпусе;
- использование анаэробного клея в качестве герметизирующего элемента;
- герметизация осуществляется посредством воздействия температуры и приложения давления к клеевому соединению.