CN101697026A - 一种隔离式光纤密封转接装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔离式光纤密封转接装置及其加工方法，包括内侧法兰、外侧法兰以及玻璃-金属封接窗，玻璃-金属封接窗焊接在外侧法兰上，内侧法兰从容器内侧与外侧法兰固定并将玻璃-金属封接窗夹在内侧法兰和外侧法兰之间，外侧法兰用于从容器外侧与容器接口密封连接；内侧法兰上设置有至少一个准直器安装孔，外侧法兰上设置有相应数量且位置一一对应的准直器安装孔，每个准直器安装孔内分别固定有光纤准直器；玻璃-金属封接窗包括光学玻璃和带翻边的薄壁金属筒。本发明解决了现有技术中使用易老化的有机材料对引出光纤进行密封以致不能满足密封时效性要求的问题，具有延长了密封装置的使用寿命、提高了密封性能的效果。

Description

一种隔离式光纤密封转接装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种对光纤组进行密封转接的装置及其加工方法，尤其涉及一种对密封爆炸容器中引出的光纤组进行密封转接的装置及其加工方法。

背景技术

在使用密封爆炸容器进行实验时，爆炸装置和探测系统均置于爆炸容器内，探测系统捕捉到爆炸瞬间产生的信号后经传输线到记录设备。

以光纤做为传输线的测量系统由于其具有传输频带宽、抗电磁干扰能力强、传输损耗小等特点，在其它领域已经得到广泛应用。鉴于光纤传输的优越性，应用于密封爆炸容器实验也就势在必行，但由于光纤引出密封爆炸容器时的密封问题没有解决，因而限制了光纤传输的应用。

美国从20世纪70年代初起就开始研究用于核试验的光纤测量及传输系统，到上世纪末期，其光纤传输系统频段已经覆盖从低频到X波段，并多次在常规核试验中得到广泛应用，但未见应用于密封爆炸容器实验的报道。

国内其它单位，如中物院和中电集团公司的相关单位，同时在开展该项技术研究，据其公开的文献报道，应用于爆炸容器实验的引出光纤密封方法，采用的密封材料主要是密封胶，依靠胶填充来实现密封。也就是说密封主体材料选用的是有机材料，但有机材料一般都存在或长或短的老化期限，随着有机材料的老化，就会影响密封结构的密封性能。

发明内容

本发明目的是提供一种隔离式光纤密封转接装置及其加工方法，其解决了现有技术中使用易老化的有机材料对引出光纤进行密封以致不能满足密封时效性要求的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种隔离式光纤密封转接装置，其特殊之处在于：包括内侧法兰、外侧法兰以及玻璃-金属封接窗，所述玻璃-金属封接窗焊接在外侧法兰上，所述内侧法兰从容器内侧与外侧法兰固定并将玻璃-金属封接窗夹在内侧法兰和外侧法兰之间，所述外侧法兰用于从容器外侧与容器接口密封连接；所述内侧法兰上设置有至少一个准直器安装孔，所述外侧法兰上设置有相应数量且位置一一对应的准直器安装孔，所述每个准直器安装孔内分别固定有光纤准直器，所述内侧法兰上的光纤准直器用于将输入的光信号转变成平行光射出，所述外侧法兰上的光纤准直器用于接收入射的平行光并将接受到的平行光耦合至光纤内进行传输；所述玻璃-金属封接窗包括光学玻璃和带翻边的薄壁金属筒，所述玻璃-金属封接窗用于隔离密封玻璃窗两侧的介质且传导光信号。

上述玻璃-金属封接窗中的薄壁金属筒的材料为可伐材料；所述薄壁金属筒的翻边为圆盘翻边。

上述光学玻璃为JGS3，所述可伐材料为4J29。

一种上述隔离式光纤密封转接装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤[1]加工玻璃-金属封接窗：

根据光纤传输的信号波长来选择光学玻璃，再根据光学玻璃的材料来选择与光学玻璃进行匹配封接的金属材料，把金属材料加工成易于封接的薄壁圆筒结构，薄壁圆筒的一端加工成圆盘翻边，然后将光学玻璃与薄壁圆筒进行封接，对封接件检漏；

步骤[2]加工光纤准直器：

根据光纤传输信号的波长、工作距离确定自聚焦透镜和相配光纤，根据使用环境和固定方法确定封装套管材料和外径，根据连接形式确定相配光纤的长度和接头形式，以上参数确定后加工光纤准直器，标定要求：单模：插入损耗＜0.18dB、回波损耗＞60dB，多模：插入损耗＜0.25dB、回波损耗＞30dB；

步骤[3]组装隔离式光纤密封转接装置：

玻璃-金属封接窗2与外侧法兰4氩弧焊接并检漏，内侧法兰3和外侧法兰4配合校正准直器安装孔并固定，光纤准直器1分别放入位于内侧法兰3和外侧法兰4相对应的准直器安装孔内调节，当信号衰减小于1dB时把该对光纤准直器分别固定在各自的准直器安装孔内，然后调节下一对光纤准直器，直至将所有光纤准直器固定。

上述步骤[3]中所述光纤准直器采用锡焊的方式固定在准直器安装孔内。

本发明的优点：本发明隔离式光纤密封转接装置的光纤准直器、内侧法兰、玻璃-金属封接窗以及外侧法兰均没有使用易老化的有机材料，同时采用隔断伴随光纤的泄漏通道的密封方式，先把连续的光纤断开，再在断口之间设置一密封的隔离介质，对窗口两侧实现隔离密封。断开的光纤在密封隔离窗口两侧再一一对应，对传输信号耦合后再进行传输，从而延长了密封装置的使用寿命、提高了密封性能，尤其适用于对有密封期限要求的实验，如密封爆炸容器实验。

附图说明

图1是本发明隔离式光纤密封转接装置的结构示意图；

图2是图1中A部分的放大图；

图3是玻璃-金属封接窗的结构示意图；

图4是内侧法兰的结构示意图，4-a为主剖视图，4-b为左视图；

图5是外侧法兰的结构示意图：4-a为主剖视图，5-b为左视图；

附图标记：1-光纤准直器，11-金属管，2-玻璃-金属封接窗，20-光学玻璃，21-封装金属边，31-内侧法兰，32-外侧法兰，4-准直器安装孔，51-输入光纤，52-接收光纤，6-爆炸容器，A-放大部分。

具体实施方式

如图1-图5所示，隔离式光纤密封转接装置包括内侧法兰31、外侧法兰32以及玻璃-金属封接窗2，玻璃-金属封接窗2焊接在外侧法兰32上，所述内侧法兰31从容器内侧与外侧法兰32固定并将玻璃-金属封接窗2夹在两法兰之间，所述外侧法兰32用于从容器外侧与容器接口密封连接；内侧法兰31上设置有多个准直器安装孔4，外侧法兰32上设置有相应多个且位置一一对应的准直器安装孔4，每个准直器安装孔4内分别固定有光纤准直器1，内侧法兰31上的光纤准直器1用于将输入的光信号转变成平行光射出，所述外侧法兰32上的光纤准直器1用于接收入射的光信号并将接受到的平行光耦合至光纤内进行传输；所述玻璃-金属封接窗2包括光学玻璃20和带翻边的薄壁金属筒，所述玻璃-金属封接窗2用于隔离密封玻璃窗两侧的介质且传导光信号。

玻璃窗口：由于光纤传输的是光信号，所以隔离窗口选择光学玻璃20，光学玻璃20与金属封接后形成一个玻璃-金属封接窗，该窗口是隔离式光纤密封转接装置的密封主体。根据传输信号的波长选择光学玻璃20的型号，再根据选定的光学玻璃20确定与之匹配封接的金属材料。玻璃-可伐封接结构在各行各业已得到广泛应用，其密封性能稳定可靠，是理想的密封结构的光学窗口。本发明中，根据玻璃、金属封接的匹配性要求，光学玻璃20选择JGS3，可伐材料选择4J29。

光纤准直器1：光纤准直器1是将光纤端面出射的发散光束通过自聚焦透镜准直耦合的小型化光学器件，由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成。它可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至光纤内。根据光学准直器的原理，光纤转接时把光纤准直器1成对使用，一个光纤准直器用作输入端，把光纤内传输的信号转变成平行光；另一个光纤准直器用作接收端，把平行光耦合至光纤内。断开的光纤利用此原理耦合后对信号进行传输。

内侧法兰31和外侧法兰3232：隔离式光纤密封转接装置与密封容器相连接时，需要设计法兰。此处的法兰有三个功能，第一，与密封容器的接口密封连接。法兰与接口之间密封方式采用O型橡胶密封圈和铝丝制作的金属密封圈组合使用；第二，光纤准直器的固定支架。由于需要使用光学玻璃20做隔离封接窗，成对使用的光纤准直器在窗口两侧一一对应，在结构设计上把法兰分成内侧法兰31和外侧法兰32，内侧法兰31用于固定输入端光纤所连接的光纤准直器，外侧法兰32用于固定接收端光纤所连接的光纤准直器；第三，密封固定玻璃-金属封接窗。受到玻璃-金属封接工艺的限制，玻璃不能直接与法兰封接，而需要通过首先与可伐制成的薄壁圆筒封接，再和法兰进行密封焊接，然后才能形成密封的玻璃窗口。

本发明隔离式光纤密封转接装置的加工方法为：加工内侧法兰31和外侧法兰、制作光纤准直器、加工玻璃-金属封接窗2，玻璃-金属封接窗2与外侧法兰氩弧焊接，内侧法兰31和外侧法兰配合固定，光纤准直器一一对应调节、固定。具体加工方法如下：

[1]加工光学玻璃20-金属封接窗2、内侧法兰31和外侧法兰，根据光纤传输的信号波长来选择玻璃为JGS3，与其封接的金属材料选择可伐4J29，考虑到玻璃-金属封接窗2要与外侧法兰焊接，把金属材料加工成易于封接的薄壁圆筒结构，薄壁圆筒的一端加工成圆盘翻边，然后将光学玻璃20与薄壁圆筒进行封接，对封接件检漏，合格后待用；

[2]加工光纤准直器，指标为：多模单纤(62.5/125μm)，波长850nm，金属管11封装，外径3.2mm，工作距离10mm，光纤长度1m，接头形式FC/UPC；

[3]加工内侧法兰31和外侧法兰，要求内侧法兰31和外侧法兰上的多个准直器安装孔4一一对应，同轴度偏差要求小于0.01mm；玻璃-金属封接窗2与外侧法兰氩弧焊接并对焊缝检漏合格，内侧法兰31和外侧法兰配合校正准直器安装孔4后固定，光纤准直器分设于内侧法兰31和外侧法兰上且一一对应调节，当衰减小于1dB时把两端的光纤准直器用锡焊的方式固定在准直器安装孔4内。

本发明的工作原理：

本发明隔离式光纤密封转接装置采用了隔断伴随光纤的泄漏通道的密封方法，密封主体中没有使用有机材料。断开光纤也就隔断了伴随光纤的泄漏通道，在光纤的断口间设置一个密封的隔离介质，可以解决主体密封的问题。本发明选择光学玻璃20做为隔离介质，光学玻璃20与金属封接形成一个密封玻璃窗口，断开的光纤在玻璃窗口两侧通过自聚焦准直光学透镜耦合实现对光信号的传输。

Claims (5)

1.一种隔离式光纤密封转接装置，其特征在于：包括内侧法兰、外侧法兰以及玻璃-金属封接窗，所述玻璃-金属封接窗焊接在外侧法兰上，所述内侧法兰从容器内侧与外侧法兰固定并将玻璃-金属封接窗夹在内侧法兰和外侧法兰之间，所述外侧法兰用于从容器外侧与容器接口密封连接；所述内侧法兰上设置有至少一个准直器安装孔，所述外侧法兰上设置有相应数量且位置一一对应的准直器安装孔，所述每个准直器安装孔内分别固定有光纤准直器，所述内侧法兰上的光纤准直器用于将输入的光信号转变成平行光射出，所述外侧法兰上的光纤准直器用于接收入射的平行光并将接受到的平行光耦合至光纤内进行传输；所述玻璃-金属封接窗包括光学玻璃和带翻边的薄壁金属筒，所述玻璃-金属封接窗用于隔离密封玻璃窗两侧的介质且传导光信号。

2.根据权利要求1所述的隔离式光纤密封转接装置，其特征在于：所述玻璃-金属封接窗中的薄壁金属筒的材料为可伐材料；所述薄壁金属筒的翻边为圆盘翻边。

3.根据权利要求2所述隔离式光纤密封转接装置，其特征在于：所述光学玻璃为JGS3，所述可伐材料为4J29。

4.一种权利要求1所述隔离式光纤密封转接装置的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤[1]加工玻璃-金属封接窗：

根据光纤传输的信号波长来选择光学玻璃，再根据光学玻璃的材料来选择与光学玻璃进行匹配封接的金属材料，把金属材料加工成易于封接的薄壁圆筒结构，薄壁圆筒的一端加工成圆盘翻边，然后将光学玻璃与薄壁圆筒进行封接，对封接件检漏；

步骤[2]加工光纤准直器：

根据光纤传输信号的波长、工作距离确定自聚焦透镜和相配光纤，根据使用环境和固定方法确定封装套管材料和外径，根据连接形式确定相配光纤的长度和接头形式，以上参数确定后加工光纤准直器，标定要求：单模：插入损耗＜0.18dB、回波损耗＞60dB，多模：插入损耗＜0.25dB、回波损耗＞30dB；

步骤[3]组装隔离式光纤密封转接装置：

玻璃一金属封接窗2与外侧法兰4氩弧焊接并检漏，内侧法兰3和外侧法兰4配合校正准直器安装孔并固定，光纤准直器1分别放入位于内侧法兰3和外侧法兰4相对应的准直器安装孔内调节，当信号衰减小于1dB时把该对光纤准直器分别固定在各自的准直器安装孔内，然后调节下一对光纤准直器，直至将所有光纤准直器固定。

5.根据权利要求4所述隔离式光纤密封转接装置的加工方法，其特征在于：所述步骤[3]中所述光纤准直器采用锡焊的方式固定在准直器安装孔内。

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