JP7008372B2 - 電気貫通部品およびその製造方法、電気貫通装置 - Google Patents
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Description
本願は、２０１８年０６月２２日に提出された、発明の名称が「電気貫通部品およびその製造方法、電気貫通装置」であり、出願番号が２０１８１０６５１６５７２である中国特許出願を引用し、その全体が引用により本願に組み込まれる。
本開示は、電気貫通の技術分野に関し、具体的には、電気貫通部品およびその製造方法、電気貫通装置に関する。
電気貫通部品は、原子力安全１Ｅレベルの設備として、原子炉圧力境界や炉室境界の完全な気密を確保するだけではなく、電気信号や光信号の伝送を実現する必要がある。
現在、電気貫通部品は、一般的に、外部金属ケースと、金属導体と、封着材とで構成されている。封着材によって、電気貫通部品は、通常、金属－有機物封着電気貫通部品、金属－セラミック封着電気貫通部品、および金属－ガラス封着電気貫通部品に分けられる。そのうち、金属－ガラス封着電気貫通部品は、金属－有機物封着電気貫通部品に比べて、耐圧耐温性が高いという利点を有するとともに、セラミック貫通部品に比べて、焼結温度が低く、プロセスが簡単であるという利点を有する。
しかし、電気貫通部品は、通常、高温高圧の作動環境にあるため、例えば、高温ガス冷却炉圧力ケースに装着された電気貫通部品は長期に亘って１５０℃、７ＭＰａ程度の作動環境にあるため、電気貫通部品のシール材の内部には閾値を超えた歪みが発生しやすく、このような過大な歪みによって欠陥やクラックが引き起こされ、さらに直接電気貫通部品の故障を招いてしまう。
本開示は、封着ガラスの歪みをリアルタイムに監視し、封着ガラスの過大な歪みによる電気貫通部品の失陥を回避できる電気貫通部品およびその製造方法、電気貫通装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本開示は、電気貫通部品を提供し、当該電気貫通部品は、封着ガラスと、両端にいずれも支持固定ブロックが閉塞して設けられた外管と、前記外管内に挿設されており、両端がそれぞれ対応する前記支持固定ブロックから突き出されている導体と、を備え、前記導体と前記外管との間に封着ガラスが焼結されており、前記封着ガラスは、前記導体と前記外管と前記支持固定ブロックとが共に囲んで形成された環状キャビティを上下二つのキャビティに仕切り、前記封着ガラスに光ファイバが穿設されており、前記光ファイバの少なくとも一端は対応する前記支持固定ブロックから突き出されて光ファイバ継手に接続され、前記光ファイバの前記封着ガラスに位置する部分に光ファイバブラッググレーティングが刻設されて、第一光ファイバブラッググレーティングセンサが形成されている。
そのうち、前記外管の上部と下部にはいずれも横方向に通気孔が貫通開設されている。
そのうち、前記封着ガラスには、前記光ファイバが複数穿設されている。
そのうち、前記導体は、金属導体と前記金属導体の外側に嵌設された絶縁スリーブとを含む。
そのうち、前記封着ガラスの材質が無機材料である。
そのうち、前記光ファイバの前記封着ガラスに接近する部分に光ファイバブラッググレーティングが刻設されて、第二光ファイバブラッググレーティングセンサが形成されている。
そのうち、前記光ファイバの前記封着ガラスの上下両側に位置する部分にはいずれも前記第二光ファイバブラッググレーティングセンサが設けられている。
上記目的を達成するために、本開示は、電気貫通部品の製造方法を更に提供し、当該製造方法は、ガラス粉末を金型に入れた後にプレス成形して、成形体を得るステップと、前記成形体には、導体を挿設するための第一貫通孔と光ファイバを穿設するための第二貫通孔を孔開けして加工体を得るステップと、前記加工体を加熱炉に入れて、前記加工体が封着ガラスにガラス化されるまで低温加熱するステップと、それぞれ前記第一貫通孔および前記第二貫通孔と同軸の第一挿入孔および第二挿入孔が設けられた支持金型によって、前記封着ガラスを外管に押し込むステップと、前記導体と前記光ファイバを前記第一貫通孔と前記第二貫通孔にそれぞれ挿入し、前記光ファイバにおける第一光ファイバブラッググレーティングセンサを前記第二貫通孔に位置させるようにして、組立サンプルを得るステップと、前記組立サンプルを加熱炉に入れて高温加熱し、前記封着ガラスの温度が目標温度に達して溶融した後に加熱を停止するステップと、前記組立サンプルを所定時間保温した後、室温まで冷却させるステップとを含む。
そのうち、前記組立サンプルを加熱炉に入れて、前記封着ガラスの温度が所定温度に達するまで加熱する前記ステップは、具体的に、前記組立サンプルを加熱炉に入れることと、前記光ファイバの一端に光ファイバ継手を取り付け、前記光ファイバ継手を光信号復調器に接続することと、前記加熱炉と前記光信号復調器を起動させることと、前記第一光ファイバブラッググレーティングセンサの波長シフト量Δλを取得し、下記の式により前記封着ガラスの実際温度Ｔを算出することと、
（ただし、Δλは前記第一光ファイバブラッググレーティングセンサの波長シフト量を表し、λＢは前記第一光ファイバブラッググレーティングセンサの初期波長を表し、αは前記光ファイバの熱膨張係数を表し、 ξは前記光ファイバの熱光学係数を表し、Ｔ０は前記封着ガラスの初期温度を表す。）
前記封着ガラスの実際温度が目標温度に達したか否かを判断し、そうである場合、前記加熱炉の加熱を停止させ、そうではない場合、前記加熱炉の加熱を継続させることと、を含む。
（ただし、Δλは前記第一光ファイバブラッググレーティングセンサの波長シフト量を表し、λＢは前記第一光ファイバブラッググレーティングセンサの初期波長を表し、αは前記光ファイバの熱膨張係数を表し、 ξは前記光ファイバの熱光学係数を表し、Ｔ０は前記封着ガラスの初期温度を表す。）
前記封着ガラスの実際温度が目標温度に達したか否かを判断し、そうである場合、前記加熱炉の加熱を停止させ、そうではない場合、前記加熱炉の加熱を継続させることと、を含む。
上記目的を達成するために、本開示は、電気貫通装置を提供し、当該電気貫通装置は、フランジと、締め付けナットと、圧着スリーブと、取り付けスリーブと、少なくとも一つの上記の前記電気貫通部品と、を備え、前記取り付けスリーブの先端の内壁にシールリング溝が開設されており、底端の外壁に雄ねじが開設されており、前記フランジに取り付け貫通孔が開設されており、前記取り付け貫通孔の上部に前記雄ねじと螺合する雌ねじを有し、前記外管が前記取り付けスリーブに挿設されており、前記圧着スリーブは、前記外管に嵌設されており、底端が前記シールリング溝に挿設されており、先端が前記取り付けスリーブから突き出されており、前記締め付けナットが前記取り付けスリーブの頂部に螺合されており、前記圧着スリーブを圧着する。
本開示は、構造が簡単で、取り付けが便利であり、光ファイバに第一光ファイバブラッググレーティングセンサを設け、すなわち光ファイバの封着ガラスに位置する部分に光ファイバブラッググレーティングを刻設することで、第一光ファイバブラッググレーティングセンサの波長シフト量により封着ガラスの歪みと温度をリアルタイムに監視することが可能となる。これにより、封着ガラスの歪みの大きさを利用して電気貫通部品が気密性の要求を満たすか否かを判断可能であるだけではなく、さらに電気貫通部品に対する保守交換を迅速に行える。また、封着ガラスの温度を利用して焼結温度を正確に制御することで、焼結時における光ファイバセンサと封着ガラスとが十分に結合されていることを確保でき、電気貫通部品の品質を顕著に向上させることが可能となる。なお、この電気貫通部品は、封着ガラスに導体と光ファイバが穿設されることにより、導体による電気信号の伝送だけではなく、光ファイバによる光信号の伝送も実現可能とする。
発明の目的、技術案および利点をより明確にするために、発明の図面を参照しながら、発明における技術案を明確に説明する。勿論、説明する実施例がすべての実施例ではなく、発明の実施例の一部に過ぎない。当業者が発明における実施例に基づいて創造的な労働をしない前提で得られたすべての他の実施例は、本発明の保護範囲に含まれる。
本開示の説明において、別段の記載がない限り、「上」、「下」、「頂」、「底」などの用語が示す方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づくものであり、本開示の説明を便利且つ簡単に説明するためのものに過ぎず、示されたシステム又は素子が必ず特定の方位にあり、特定の方位において構成されて操作されると明示又は暗示するものではないので、本開示に対する限定であると理解されるべきではない。
明確な規定と限定がない限り、「接続」の用語の意味は広く理解されるべきである。例えば、固定接続や、着脱可能な接続や、あるいは一体的な接続でも可能であり、直接接続することや、中間媒体を介して間接接続することでも可能である。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の発明での具体的な意味を理解することができる。
実施例１
図１～図３に示すように、本開示は、電気貫通部品を提供し、当該電気貫通部品は、封着ガラス５と、両端にいずれも支持固定ブロック８が閉塞して設けられた外管４と、外管４内に挿設されており、両端がそれぞれ対応する支持固定ブロック８から突き出されている導体とを備え、導体と外管４との間に封着ガラス５が焼結されており、封着ガラス５は、導体と外管４と支持固定ブロック８とが共に囲んで形成された環状キャビティを上下二つのキャビティに仕切り、封着ガラス５に光ファイバ１４が穿設されており、光ファイバ１４の少なくとも一端は対応する支持固定ブロック８から突き出されて光ファイバ継手３に接続され、光ファイバ１４の封着ガラス５に位置する部分に光ファイバブラッググレーティングが刻設されて、第一光ファイバブラッググレーティングセンサが形成されている。
図１～図３に示すように、本開示は、電気貫通部品を提供し、当該電気貫通部品は、封着ガラス５と、両端にいずれも支持固定ブロック８が閉塞して設けられた外管４と、外管４内に挿設されており、両端がそれぞれ対応する支持固定ブロック８から突き出されている導体とを備え、導体と外管４との間に封着ガラス５が焼結されており、封着ガラス５は、導体と外管４と支持固定ブロック８とが共に囲んで形成された環状キャビティを上下二つのキャビティに仕切り、封着ガラス５に光ファイバ１４が穿設されており、光ファイバ１４の少なくとも一端は対応する支持固定ブロック８から突き出されて光ファイバ継手３に接続され、光ファイバ１４の封着ガラス５に位置する部分に光ファイバブラッググレーティングが刻設されて、第一光ファイバブラッググレーティングセンサが形成されている。
これにより、ブラッググレーティングの原理から分かるように、ファイバブラッググレーティングはファイバセンサに相当するため、この電気貫通部品が位置する環境の温度や圧力が変化し、すなわち封着ガラス５の温度や歪みが変化すると、それに伴って封着ガラス５における第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量が変化する。つまり、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量と封着ガラス５の温度や歪みとは一対一に対応している。
例えば、図４に示すように、恒温環境下でこの電気貫通部品の一端にガス圧力を加えた場合、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の特徴波長は、外部圧力の変化に伴って変化する。つまり、外部圧力の変化によって、封着ガラス５の内部の歪みの変化が引き起こされ、さらに封着ガラス５の歪みの変化によって、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量の変化が引き起こされる。なお、式（１）および（２）は下記のとおりである。
（１）
（２）
（１）
（２）
そのうち、Δλは第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量を表し、λＢは第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の初期波長を表し、Ｐは光ファイバ１４の弾性係数を表し、εは封着ガラス５の歪みを表し、Ｅは封着ガラス５の弾性率を表す。上記パラメータのうち、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の初期波長λＢ、光ファイバ１４の弾性係数Ｐ、および封着ガラス５の弾性率Ｅはいずれもツールマニュアルから参照可能である。
従って、上記式（１）と（２）から分かるように、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλが独立変数であり、封着ガラス５の応力σが従属変数であるため、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλを得られると、封着ガラス５の応力σを算出することができる。第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλは光信号復調器から直接読み取ることができることから、当該電気貫通部品の作動時に、光ファイバ継手３を光信号復調器に接続するだけで、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλをリアルタイムに取得することができるようになり、さらに封着ガラス５の応力σを算出することができるようになる。封着ガラス５の応力σは、外部圧力の大きさを反映するだけではなく、封着ガラス５の応力σの大きさによって当該電気貫通部品が気密性の要求を満たすか否かを直接判断することができる。具体的には、封着ガラス５の応力σが閾値以上になる場合、クラックの発生が引き起こされるため、封着ガラス５の応力σにより封着ガラス５が完全であるか否かを判断することができ、さらに電気貫通部品の保守交換を迅速に行うことができる。
同様に、図５に示すように、当該電気貫通部品を温度が変化する環境に置くと、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の特徴波長は、外部温度の変化に伴って変化する。つまり、外部温度の変化は、封着ガラス５の内部の温度の変化を引き起こし、さらに封着ガラス５の温度の変化は、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量の変化を引き起こす。なお、式（３）は下記のとおりである。
（３）
（３）
そのうち、Δλは第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長のシフト量を表し、λＢは第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の初期波長を表し、αは光ファイバ１４の熱膨張係数を表し、ξは光ファイバ１４の熱光学係数を表し、Ｔ０は封着ガラス５の初期温度を表し、Ｔは封着ガラス５の実際温度を表す。上記パラメータのうち、封着ガラス５の初期温度Ｔ０は既知であり、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の初期波長λＢ、光ファイバ１４の熱膨張係数α、光ファイバ１４の熱光学係数ξは、いずれもツールマニュアルから参照可能である。
従って、上記式から分かるように、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλが独立変数であり、封着ガラス５の実際温度Ｔが従属変数であるため、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλを得られると、封着ガラス５の実際温度Ｔを算出することができる。第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλは光信号復調器から直接読み取ることができることから、当該電気貫通部品の作動時に、光ファイバ継手３を光信号復調器に接続するだけで、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλをリアルタイムに取得することができるようになり、さらに封着ガラス５の実際温度Ｔを算出することができるようになる。これにより、焼結プロセスを実施する際、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλをリアルタイムに取得して封着ガラス５の実際温度Ｔを監視することで、焼結温度に対する正確な制御を実現することができる。さらに、封着ガラス５は温度が高すぎるため沸騰してしまうのを回避できるだけではなく、封着ガラス５は温度が低すぎるため溶融が不十分であることを回避することができる。従って、焼結時に光ファイバ１４、導体、外管４と封着ガラス５とが十分に結合されていることを確保できる。
なお、焼結時の光ファイバ１４と封着ガラス５との結合程度をさらに高めるために、光ファイバ１４の封着ガラス５に位置する部分は被覆層が剥離されており、つまり、この部分の光ファイバ１４の石英クラッドが外部に露出して封着ガラス５に直接接触している。
上記から分からように、当該電気貫通部品は、構造が簡単で、取り付けが便利であり、光ファイバ１４に第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１を設け、すなわち光ファイバ１４の封着ガラス５に位置する部分に光ファイバブラッググレーティングを刻設することで、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量により封着ガラス５の歪みと温度をリアルタイムに監視することが可能となる。これにより、封着ガラス５の歪みの大きさを利用して電気貫通部品が気密性の要求を満たすか否かを判断可能であるだけではなく、さらに電気貫通部品に対する保守交換を迅速に行える。また、封着ガラス５の温度を利用して焼結温度を正確に制御することで、焼結時に光ファイバ１４、導体、外管４と封着ガラス５とが十分に結合されていることを確保でき、電気貫通部品の品質を顕著に向上させることが可能となる。
さらに、温度が変化する環境では、封着ガラス５の歪みが温度の影響を受けることを考慮したため、封着ガラス５の歪みの計算精度を向上させるように、光ファイバ１４の封着ガラス５に接近する部分にファイバブラッググレーティングが刻設されて、第二光ファイバブラッググレーティングセンサ２が形成される。つまり、光ファイバ１４の、封着ガラス５の上側および／または下側に位置する部分にファイバブラッググレーティングが刻設される。同様に、この部分のファイバブラッググレーティングは、ブラッググレーティングの原理から分かるように、ファイバセンサに相当する。
これにより、温度が変化する環境下で、当該電気貫通部品に圧力が加えられると、封着ガラス５の内部に位置する第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１は封着ガラス５の温度と歪みの変化に同時に応答し、封着ガラス５の外部に位置する第二光ファイバブラッググレーティングセンサ２は封着ガラス５の温度の変化のみにしか応答しない。従って、温度が変化する環境における封着ガラス５の歪みを算出する時に、まず、第二光ファイバブラッググレーティングセンサ２で封着ガラス５の温度をリアルタイムに監視することができ、すなわち式（３）および光信号復調器によって取得された第二光ファイバブラッググレーティングセンサ２から発生された波長シフト量で封着ガラス５の温度を算出することができる。そのうち、式（３）におけるΔλおよびλＢは第二光ファイバブラッググレーティングセンサ２の波長シフト量および初期波長にそれぞれ置き換えられる。そして、以下の式により、封着ガラス５の実際の歪みεを算出することができる。
（４）
（４）
そのうち、Δλは光ファイバセンサの波長シフト量を表し、λＢは光ファイバセンサの初期波長を表し、Ｐは光ファイバ１４の弾性係数を表し、εは封着ガラス５の歪みを表し、αは光ファイバ１４の熱膨張係数を表し、ξは光ファイバ１４の熱光学係数を表し、Ｔ０は封着ガラス５の初期温度を表し、Ｔは封着ガラス５の実際温度を表す。上記パラメータのうち、光ファイバセンサの初期波長λＢ、光ファイバ１４の弾性係数Ｐ、光ファイバ１４の熱膨張係数α、光ファイバ１４の熱光学係数ξは、いずれもツールマニュアルから参照可能である。
最後に、封着ガラス５の実際応力は、フックの法則即ち式（２）に基づいて得られる。
オプションとして、光ファイバ１４の封着ガラス５の上下両側に位置する部分にはいずれも第二光ファイバブラッググレーティングセンサ２が設けられている。
オプションとして、外管４の上部と下部には、いずれも横方向に通気孔１５が貫通開設されている。通気孔１５があるため、一方では、シール媒体の圧力が封着ガラス５に直接作用し、支持固定ブロック８が圧力を受けるのではなく、封着ガラス５が圧力を受けることが確保され得る。他方では、作業者は直接通気孔１５を介して接着剤を外管４内に充填し、接着剤が凝固した後に支持固定ブロック８を形成することができ、さらに導体と光ファイバ１４は支持固定ブロック８の支持と位置決め作用で破損しにくくなる。
オプションとして、封着ガラス５には光ファイバ１４が複数穿設されている。オプションとして、複数の光ファイバ１４は、封着ガラス５の周方向に沿って間隔をあけて配置されていてもよい。
オプションとして、導体は、金属導体７と、金属導体７の外側に嵌設された絶縁スリーブ１６とを含む。
オプションとして、光ファイバ継手３は、ＦＣ継手であってもよいが、これに限定されるものではなく、他の種類の光ファイバ継手３であってもよい。
オプションとして、封着ガラス５の材質は無機材料である。このようにすると、無機材料は、有機材料に比べて、高温、高圧、照射などの過酷な環境への抵抗性がより強くなるだけではなく、その成分も光ファイバ１４の成分により近いため、無機材料の方は光ファイバ１４との結合性がより良いという利点がある。なお、通常、外管４に金属管が用いられるため、封着ガラス５を無機材料で製造した場合、封着ガラス５の封着温度は、光ファイバ１４、導体、外管４の溶融温度よりも低くなる。
実施例２
図６に示すように、本開示は電気貫通部品の製造方法を提供し、当該製造方法は、ガラス粉末を金型に入れた後にプレス成形して、成形体を得るステップと、成形体には、導体を挿設するための第一貫通孔と、光ファイバ１４を穿設するための、直径０．４５ｍｍのドリルで開設可能な第二貫通孔６を孔開けして加工体を得るステップと、加工体を加熱炉に入れて、加工体が封着ガラス５にガラス化されるまで低温加熱するステップと、それぞれ第一貫通孔および第二貫通孔６と同軸の第一挿入孔および第二挿入孔が設けられた支持金型１３によって、封着ガラス５を外管４に押し込むステップと、導体と光ファイバ１４を第一貫通孔と第二貫通孔６にそれぞれ挿入し、光ファイバ１４における第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１を第二貫通孔６に位置させるようにして、組立サンプルを得るステップと、組立サンプルを加熱炉に入れて加熱し、封着ガラス５の温度が目標温度に達した後に加熱を停止するステップとを含む。
図６に示すように、本開示は電気貫通部品の製造方法を提供し、当該製造方法は、ガラス粉末を金型に入れた後にプレス成形して、成形体を得るステップと、成形体には、導体を挿設するための第一貫通孔と、光ファイバ１４を穿設するための、直径０．４５ｍｍのドリルで開設可能な第二貫通孔６を孔開けして加工体を得るステップと、加工体を加熱炉に入れて、加工体が封着ガラス５にガラス化されるまで低温加熱するステップと、それぞれ第一貫通孔および第二貫通孔６と同軸の第一挿入孔および第二挿入孔が設けられた支持金型１３によって、封着ガラス５を外管４に押し込むステップと、導体と光ファイバ１４を第一貫通孔と第二貫通孔６にそれぞれ挿入し、光ファイバ１４における第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１を第二貫通孔６に位置させるようにして、組立サンプルを得るステップと、組立サンプルを加熱炉に入れて加熱し、封着ガラス５の温度が目標温度に達した後に加熱を停止するステップとを含む。
組立サンプルを加熱炉に入れて加熱し、封着ガラス５の温度が目標温度に達した後に加熱を停止するステップは、具体的に、組立サンプルを加熱炉に入れることと、光ファイバ１４の一端に光ファイバ継手３を取り付け、光ファイバ継手３を光信号復調器に接続し、ただし、光ファイバ１４の長さは実際の必要に応じて設定可能であり、例えば、数ｍに設定してもよいし、遠隔監視を容易にするために数ｋｍに設定してもよいことと、加熱炉と光信号復調器を起動させることと、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλを取得し、下記の式により封着ガラス５の実際温度Ｔを算出することと、
（ただし、Δλは第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量を表し、λＢは第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の初期波長を表し、αは光ファイバ１４の熱膨張係数を表し、ξは光ファイバ１４の熱光学係数を表し、Ｔ０は封着ガラス５の初期温度を表す。）
封着ガラス５の実際温度が目標温度に達したか否かを判断し、封着ガラス５の温度が目標温度まで上昇すると、封着ガラス５がちょうど完全に溶融し、この際、封着ガラス５が外管４、導体及び光ファイバ１４と十分に結合されているため、封着ガラス５の実際温度が目標温度より大きい場合、加熱炉による加熱を停止させ、組立サンプルを所定時間保温した後に室温まで冷却させる必要があり、一方、封着ガラス５の実際温度が目標温度より小さい場合、封着ガラス５の実際温度が目標温度と等しくなるまで、加熱炉による加熱を継続させる必要があるすることと、を含む。
（ただし、Δλは第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量を表し、λＢは第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の初期波長を表し、αは光ファイバ１４の熱膨張係数を表し、ξは光ファイバ１４の熱光学係数を表し、Ｔ０は封着ガラス５の初期温度を表す。）
封着ガラス５の実際温度が目標温度に達したか否かを判断し、封着ガラス５の温度が目標温度まで上昇すると、封着ガラス５がちょうど完全に溶融し、この際、封着ガラス５が外管４、導体及び光ファイバ１４と十分に結合されているため、封着ガラス５の実際温度が目標温度より大きい場合、加熱炉による加熱を停止させ、組立サンプルを所定時間保温した後に室温まで冷却させる必要があり、一方、封着ガラス５の実際温度が目標温度より小さい場合、封着ガラス５の実際温度が目標温度と等しくなるまで、加熱炉による加熱を継続させる必要があるすることと、を含む。
このように、封着ガラス５に第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１を設け、第一光ファイバブラッググレーティングセンサ１の波長シフト量Δλを利用して封着ガラス５の実際温度Ｔを取得することで、封着ガラス５の焼結温度を正確に制御することができる。さらに、封着ガラス５は温度が高すぎるため沸騰してしまうのを回避できるだけではなく、温度が低すぎるため溶融が不十分であることを回避することができる。従って、焼結時に光ファイバ１４、導体、外管４と封着ガラス５とが十分に結合されていることを確保でき、さらに電気貫通部品の品質を顕著に向上させることが可能となる。
実施例３
図７および図８に示すように、本開示は電気貫通装置を提供し、当該電気貫通装置は、フランジ１２と、締め付けナット１０と、圧着スリーブ９と、取り付けスリーブ１１と、少なくとも一つの上記の電気貫通部品と、を備え、取り付けスリーブ１１の先端の内壁にシールリング溝が開設されており、底端の外壁に雄ねじが開設されており、フランジ１２に取り付け貫通孔が開設されており、取り付け貫通孔の上部には取り付けスリーブ１１の雄ねじと螺合する雌ねじを有し、外管４が取り付けスリーブ１１に挿設されており、圧着スリーブ９は、外管４に嵌設されており、底端がシールリング溝に挿設されており、先端が取り付けスリーブ１１から突き出されており、締め付けナット１０が取り付けスリーブ１１の頂部に螺合されており、圧着スリーブ９を圧着する。つまり、取り付けスリーブ１１の頂部に雄ねじが開設されており、締め付けナット１０の内壁に取り付けスリーブ１１の頂部の雄ねじと螺合接続された雌ねじが設けられており、締め付けナット１０の端面に外管４を穿設するための貫通孔が開設されている。
図７および図８に示すように、本開示は電気貫通装置を提供し、当該電気貫通装置は、フランジ１２と、締め付けナット１０と、圧着スリーブ９と、取り付けスリーブ１１と、少なくとも一つの上記の電気貫通部品と、を備え、取り付けスリーブ１１の先端の内壁にシールリング溝が開設されており、底端の外壁に雄ねじが開設されており、フランジ１２に取り付け貫通孔が開設されており、取り付け貫通孔の上部には取り付けスリーブ１１の雄ねじと螺合する雌ねじを有し、外管４が取り付けスリーブ１１に挿設されており、圧着スリーブ９は、外管４に嵌設されており、底端がシールリング溝に挿設されており、先端が取り付けスリーブ１１から突き出されており、締め付けナット１０が取り付けスリーブ１１の頂部に螺合されており、圧着スリーブ９を圧着する。つまり、取り付けスリーブ１１の頂部に雄ねじが開設されており、締め付けナット１０の内壁に取り付けスリーブ１１の頂部の雄ねじと螺合接続された雌ねじが設けられており、締め付けナット１０の端面に外管４を穿設するための貫通孔が開設されている。
これにより、取り付けの際、まず、取り付けスリーブ１１の底端をフランジ１２の取り付け貫通孔にねじ込み、次に外管４を取り付けスリーブ１１に挿設してもよい。具体的に、取り付けスリーブ１１とフランジ１２の取り付け貫通孔に外管４の一端を順次貫通させる。続いて、圧着スリーブ９を外管４に嵌設し、圧着スリーブ９の底端を取り付けスリーブ１１の頂部のシールリング溝に挿設する。最後に、締め付けナット１０が圧着スリーブ９に当接するまで、締め付けナット１０を取り付けスリーブ１１の頂部にねじ込む。この際、圧着スリーブ９が外管４に締め付けられているため、密封を実現することができる。なお、取り付けスリーブ１１とフランジ１２との間の気密性をより高めるために、取り付けスリーブ１１の底端をフランジ１２の取り付け貫通孔にねじ込んだ後、取り付けスリーブ１１とフランジ１２との間の隙間を溶接してもよい。また、電気貫通部品を取り外して修理する際、締め付けナット１０をスパナで外した後に、圧着スリーブ９を取り出して、電気貫通部品を取り付けスリーブ１１から直接引き抜くことができる。
よって、当該装置は構造が簡単であり、取り付けが便利であるため、取り付けスリーブ１１で電気貫通部品をフランジ１２に固定し、締め付けナット１０と圧着スリーブ９を利用して電気貫通部品を取り付けスリーブ１１に取り外し可能に挿設することにより、電気貫通部品の独立した取り付けを実現することができる。これにより、後期にフランジ１２に電気貫通部品に対する保守交換を行いやすくなるだけではなく、電気貫通部品とフランジ１２との間の密封性が確保される。
なお、上記電気貫通装置は直接エンジニアリングに応用可能であり、具体的に、フランジ１２の少なくとも一側にジャンクションボックス１７を設けることができ、ジャンクションボックス１７は電気貫通部品にカバーされており、例えば、図９に示すように、フランジ１２の両側にいずれもジャンクションボックス１７が設けられている。そのうち、ジャンクションボックス１７のフランジ１２と反対側には、少なくとも一つのケーブルグランド１９とＦＣ中継フランジ２０とが設けられている。そのうち、ＦＣ中継フランジ２０の数はフランジ１２における光ファイバ１４の数と同じであり、すなわち、ＦＣ中継フランジ２０は電気貫通部品における光ファイバ継手３と一対一に対応している。ケーブルグランド１９の数はケーブルの種類に応じて決定可能であり、例えば、ケーブルが単芯ケーブルである場合、ケーブルグランド１９の数はフランジ１２における導体の数と同じであり、すなわち、各ケーブルは一つのケーブルグランド１９を介して対応する導体に接続される。ケーブルが多芯ケーブルである場合、例えば、フランジ１２に七つの電気貫通部品が設けられ、ケーブルに一本の７芯ケーブルが用いられる場合、ジャンクションボックス１７に一つのケーブルグランド１９を設ければよい。ケーブルはケーブルグランド１９を介して、その七本のケーブルコアをそれぞれフランジ１２における七つの導体に接続させることができる。
取り付けの際、まず、ケーブルの一端をケーブルグランド１９に通し、ケーブルの各ケーブルコアをそれぞれ対応する導体に接続する。そして、各電気貫通部品における光ファイバ継手３をそれぞれ対応するＦＣ中継フランジ２０に接続することで、ジャンクションボックス１７内の光ファイバ継手３はＦＣ中継フランジ２０を介して外部の光信号復調器に接続可能となる。次に、ボルト１８でジャンクションボックス１７をフランジ１２に固定する。最後に、ケーブルグランド１９を締め付け、ケーブルをジャンクションボックス７に固定する。
上記から分かるように、フランジ１２に電気貫通部品をカバーするためのジャンクションボックス１７を設け、ジャンクションボックス１７の端面には、ケーブルを穿設および固定するためのケーブルグランド１９と、光ファイバ継手３を接続するためのＦＣ中継フランジ２０とを設けることにより、電気貫通部品の防水防塵を実現するだけではなく、電気貫通部品に対して光ファイバ１４およびケーブルの配線通路を提供することができる。
上記実施例は、本開示の技術案を説明するためのものに過ぎず、本開示の技術案を限定するためのものではない。前述の実施例を参照して本開示を詳細に説明したが、当業者であれば、前述の各実施例に記載された技術案を修正し、又はその一部の技術的特徴を等価的に置き換えることができ、これらの修正又は置き換えが、対応する技術案の本質を本発明の各実施例の技術案の趣旨および範囲から逸脱させるものではないと理解すべきである。
１…第一光ファイバブラッググレーティングセンサ
２…第二光ファイバブラッググレーティングセンサ
３…光ファイバ継手
４…外管
５…封着ガラス
６…第二貫通孔
７…金属導体
８…支持固定ブロック
９…圧着スリーブ
１０…締め付けナット
１１…取り付けスリーブ
１２…フランジ
１３…支持金型
１４…光ファイバ
１５…通気孔
１６…絶縁スリーブ
１７…ジャンクションボックス
１８…ボルト
１９…ケーブルグランド
２０…ＦＣ中継フランジ
２…第二光ファイバブラッググレーティングセンサ
３…光ファイバ継手
４…外管
５…封着ガラス
６…第二貫通孔
７…金属導体
８…支持固定ブロック
９…圧着スリーブ
１０…締め付けナット
１１…取り付けスリーブ
１２…フランジ
１３…支持金型
１４…光ファイバ
１５…通気孔
１６…絶縁スリーブ
１７…ジャンクションボックス
１８…ボルト
１９…ケーブルグランド
２０…ＦＣ中継フランジ
Claims (10)
- 封着ガラスと、
両端にいずれも支持固定ブロックが閉塞して設けられた外管と、
前記外管内に挿設されており、両端がそれぞれ対応する前記支持固定ブロックから突き出されている導体と、を備え、
前記導体と前記外管との間に封着ガラスが焼結されており、前記封着ガラスは、前記導体と前記外管と前記支持固定ブロックとが共に囲んで形成された環状キャビティを上下二つのキャビティに仕切り、
前記封着ガラスに光ファイバが穿設されており、前記光ファイバの少なくとも一端は対応する前記支持固定ブロックから突き出されて光ファイバ継手に接続され、前記光ファイバの前記封着ガラスに位置する部分に光ファイバブラッググレーティングが刻設されて、第一光ファイバブラッググレーティングセンサが形成されていることを特徴とする電気貫通部品。 - 前記外管の上部と下部にはいずれも横方向に通気孔が貫通開設されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気貫通部品。
- 前記封着ガラスには、前記光ファイバが複数穿設されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気貫通部品。
- 前記導体は、金属導体と前記金属導体の外側に嵌設された絶縁スリーブとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電気貫通部品。
- 前記封着ガラスの材質が無機材料であることを特徴とする、請求項１に記載の電気貫通部品。
- 前記光ファイバの前記封着ガラスに接近する部分に光ファイバブラッググレーティングが刻設されて、第二光ファイバブラッググレーティングセンサが形成されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の電気貫通部品。
- 前記光ファイバの前記封着ガラスの上下両側に位置する部分にはいずれも前記第二光ファイバブラッググレーティングセンサが設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の電気貫通部品。
- ガラス粉末を金型に入れた後にプレス成形して、成形体を得るステップと、
前記成形体には、導体を挿設するための第一貫通孔と光ファイバを穿設するための第二貫通孔を孔開けして加工体を得るステップと、
前記加工体を加熱炉に入れて、前記加工体が封着ガラスにガラス化されるまで低温加熱するステップと、
それぞれ前記第一貫通孔および前記第二貫通孔と同軸の第一挿入孔および第二挿入孔が設けられた支持金型によって、前記封着ガラスを外管に押し込むステップと、
前記導体と前記光ファイバを前記第一貫通孔と前記第二貫通孔にそれぞれ挿入し、前記光ファイバにおける第一光ファイバブラッググレーティングセンサを前記第二貫通孔に位置させるようにして、組立サンプルを得るステップと、
前記組立サンプルを加熱炉に入れて高温加熱し、前記封着ガラスの温度が目標温度に達して溶融した後に加熱を停止するステップと、
前記組立サンプルを所定時間保温した後、室温まで冷却させるステップと、を含むことを特徴とする電気貫通部品の製造方法。 - 前記組立サンプルを加熱炉に入れて、前記封着ガラスの温度が所定温度に達するまで加熱する前記ステップは、具体的に、
前記組立サンプルを加熱炉に入れることと、
前記光ファイバの一端に光ファイバ継手を取り付け、前記光ファイバ継手を光信号復調器に接続することと、
前記加熱炉と前記光信号復調器を起動させることと、
前記第一光ファイバブラッググレーティングセンサの波長シフト量Δλを取得し、下記の式により前記封着ガラスの実際温度Ｔを算出することと、
（ただし、Δλは前記第一光ファイバブラッググレーティングセンサの波長シフト量を表し、λＢは前記第一光ファイバブラッググレーティングセンサの初期波長を表し、αは前記光ファイバの熱膨張係数を表し、ξは前記光ファイバの熱光学係数を表し、Ｔ０は前記封着ガラスの初期温度を表す。）
前記封着ガラスの実際温度が目標温度に達したか否かを判断し、そうである場合、前記加熱炉の加熱を停止させ、そうではない場合、前記加熱炉の加熱を継続させることと、を含むことを特徴とする、請求項８に記載の電気貫通部品の製造方法。 - フランジと、
締め付けナットと、
圧着スリーブと、
取り付けスリーブと、
少なくとも一つの請求項１～７のいずれか一項に記載の電気貫通部品と、を備え、
前記取り付けスリーブの先端の内壁にシールリング溝が開設されており、底端の外壁に雄ねじが開設されており、前記フランジに取り付け貫通孔が開設されており、前記取り付け貫通孔の上部に前記雄ねじと螺合する雌ねじを有し、前記外管が前記取り付けスリーブに挿設されており、
前記圧着スリーブは、前記外管に嵌設されており、底端が前記シールリング溝に挿設されており、先端が前記取り付けスリーブから突き出されており、
前記締め付けナットが前記取り付けスリーブの頂部に螺合されており、前記圧着スリーブを圧着することを特徴とする電気貫通装置。
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