CC BY
37ВКВО-2019- Стендовые
ИССЛЕДОВАНИЕ СТОЙКОСТИ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ В ГЕРМЕТИЧНОМ УГЛЕРОДНОМ ПОКРЫТИИ К ПРОНИКНОВЕНИЮ ВОДОРОДА
Саранова И.Д.1*, Булатов М.И.1, Трутнев К.С.1, Косолапов А.Ф.2, Азанова И.С.1
1 Пермская научно-производственная приборостроительная компания, г. Пермь 2 Научный центр волоконной оптики РАН, г. Москва *E-mail: saranovairina93@gmail.com
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16200
В настоящее время при применении волоконных световодов в нефтяной, газовой и энергетической сферах промышленности для мониторинга состояния скважин и ядерных реакторов разрабатываются специальные волоконные световоды. К данным световодам предъявляются особые требования, а именно, они должны быть устойчивы к высоким температурам и диффузии водорода. Поэтому задачи изготовления и испытания термостойких герметичных волокон являются актуальными.
Молекулы водорода, проникая в сердцевину негерметичного световода, приводят к значительному росту оптических потерь, что в дальнейшем является причиной повреждения волоконно-оптических схем. Растворенный в стекле молекулярный водород проявляется в виде характерного набора полос поглощения в диапазоне длин волн 1.07 - 1.25 мкм, кроме того водород химически связывается с сеткой стекла и вызывает рост полос поглощения ОН - групп [1]. Для защиты волоконного световода от негативного воздействия водорода на световод наносят герметичное углеродное покрытие [2]. В данной работе исследованы образцы волоконных световодов в углеродном покрытии, нанесенном при различных условиях на стойкость к диффузии водорода.
Для осаждения углеродного покрытия на поверхность волоконного световода башня вытяжки была оснащена специальным реактором. Волокно поступает в реактор, в который осуществляется подача смеси аргона и паров углеводородов. На поверхности волокна при высокой температуре идет реакция разложения углеводородов. Образующийся углерод осаждается в виде аморфного слоя на поверхности световода [3], а водород и легкие углеводороды уносятся из зоны реакции потоком аргона. В процессе вытяжки менялось соотношение углеводородов в парогазовой смеси для оценки влияния на герметичность к водороду. Поверх углеродного покрытия наносился слой полиимидного покрытия для обеспечения термостойкости волокна в диапазоне от минус 55 до +300 °С.
Для экспериментального подтверждения герметичности волокна использовалась установка, схема которой представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для проведения испытаний на герметичность к водороду
Исследование на герметичность к водороду оптического волокна проводилось в испытательной камере, которая помещалась в печь. Камера оборудована герметичными вводами для концов световода, термопарой и системой для закачки газообразного водорода. Перед тестированием световоды длиной не менее 200 метров наматывались на металлические катушки диаметром 100 мм,
382 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
ВКВ0-2019 Стендовые
которые затем помещались в испытательную камеру. Оба конца световодов выводились через металлические трубки наружу. Камера проверялась на герметичность и помещалась в печь. Один конец каждого испытываемого волокна подключали к спектроанализатору для регистрации исходного спектра, второй конец к источнику белого света. Через трубку в установку закачивался газообразный водород под давлением 10 атм, которое контролировалось манометром. Затем нагревали до температуры 100 °С и выдерживали в данных условиях 40 часов.
Спектр оптических потерь снимался до, во время и после испытаний. Ввиду того, что во время вытяжки менялось соотношение углеводородов в парогазовой смеси, были получены как герметичные, так и негерметичные образцы волокон. На рисунке 2 представлены спектры оптических потерь для двух исследуемых образцов: негерметичного (Рис. 2 а) и герметичного к водороду (Рис. 2 б).
Рис. 2 а. Спектр оптических потерь негерметичного образца
Рис. 2 б. Спектр оптических потерь герметичного образца
В результате проведенного авторами исследования было показано, что применяемая экспериментальная методика позволяет оценить герметичность волокна с нанесенным углеродным покрытием к проникновению молекулярного водорода.
Литература
1. P.J. Lemaire, Opt. Eng. 6, 780-789 (1991)
2. Eric A., et al, International Wire & Cable Symposium Proceedings 672-679 (1999)
3. Aikawa H, et al, International Wire & Cable Symposium Proceedings 374-380 (1993)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
383
