專利名稱：制備光纖預(yù)制棒的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及制備光纖預(yù)制棒的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
所謂的熔縮階段是玻璃光纖生產(chǎn)中的一個步驟。在這一階段期間，利用熱源 在收縮機器中將沉積管收縮成玻璃桿(又稱為光纖預(yù)制棒)。該機器通常稱為熔縮器 (collapser)。該機器包括熱源，熱源的溫度高于玻璃管的熔化溫度(2000°C以上)。使管 熔縮的合適熱源包括氫/氧燃燒器、等離子燃燒器、電阻爐和感應(yīng)爐。遺憾的是，在熔縮過程中管會發(fā)生破裂。碎玻璃會嚴重地損壞熱源。這通常會導(dǎo) 致高成本的熱源修復(fù)及熔縮方法的調(diào)整。而這又引起進一步的工藝穩(wěn)定性問題。對于具有 相對較高鍺含量(使在襯底管和沉積層之間的折射率差高于0. 5%)的沉積層的管，問題尤 其突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了上述問題的解決方案。根據(jù)本發(fā)明，制備光纖預(yù)制棒的方法其特征 于在管熔縮階段期間利用饋送到管中的流體流來檢測管的結(jié)構(gòu)一致性。如此，管的任何結(jié)構(gòu)上的惡化，特別是破裂能夠被迅速且可靠地檢測到。本方法能 夠無需對實施該方法的熔縮器系統(tǒng)進行不期望的復(fù)雜改動而實現(xiàn)。根據(jù)優(yōu)選實施方式，用 于監(jiān)測一致性的流體流提供進一步的功能(例如通過與管的物理和/或化學交互)。利用 如下所述的方法可以獲得良好的結(jié)果，該方法包括根據(jù)預(yù)定的壓力變化模式改變流到管的 流體的壓力，并監(jiān)測流體(特別是相對于管的下游)的壓力變化模式。根據(jù)更優(yōu)選的實施方式，該方法包括沿著管的縱向移動熱源，優(yōu)選沿著管前后移 動多次，熱源加熱管至軟化溫度。例如，保持熱源溫度高于管的軟化溫度以軟化管，和/或 熱源可局部地加熱管至所述軟化溫度。還有，本發(fā)明的實施方式提供了用于制備光纖預(yù)制棒的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括固定器，配置為固定管；加熱器，配置為加熱至少部分管至管的熔縮溫度；和流體供應(yīng)系統(tǒng)，配置為向由固定器固定的管中供應(yīng)流體；其特征在于該系統(tǒng)包括管一致性監(jiān)測器，其被配置為在熔縮階段期間，通過監(jiān)測 流體來實現(xiàn)對管的結(jié)構(gòu)一致性的監(jiān)測。根據(jù)優(yōu)選實施例，一致性監(jiān)測器包括壓力模式感應(yīng) 器，其被配置成對流體流中的壓力模式進行感應(yīng)。


現(xiàn)在將通過參照附圖的非限制性實施例對本發(fā)明做進一步闡述，其中圖1圖示說明根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的非限制性示例；圖2表示管破裂后部分系統(tǒng)；
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圖3是顯示了在時間域中的傳感器值的圖；圖4顯示了在管破裂前，在頻率域中的第一傳感器信號的圖；圖5顯示了在管破裂前，在頻率域中的第二傳感器信號的圖。在本申請中，相同或相應(yīng)的特征由相同或相應(yīng)的附圖標記表示。
具體實施例方式圖1描述了使管P熔縮以制備光纖預(yù)制棒的系統(tǒng)。特別地，所述熔縮至少包括管 P的徑向收縮，直至將管閉合成固體桿(稱為光纖預(yù)制棒)?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的是，用于制備預(yù)制棒的管P是圓柱形的玻璃(石英)管，特別是 管的內(nèi)側(cè)提供有一層或多層包層(例如摻雜和/或非摻雜的石英層)和一種或多種纖芯材 料層(例如摻雜石英，特別是鍺摻雜的石英，摻雜能夠提高石英的折射率)。在纖芯層和包 層中可以使用各種摻雜劑和摻雜方式；總體而言，纖芯材料的折射率大于包層材料。如此涂 覆的管可以通過，例如，使用化學氣相沉積工藝，如PCVD、MCVD或FCVD制備，或以所屬技術(shù) 領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的其他不同方式制備。本系統(tǒng)包括配置為固定預(yù)制棒管P(在水平方向)的固定器8，和配置為加熱至少 部分管至管熔縮(即軟化)溫度的加熱器。固定器和加熱器可以以各種方式配置。附圖中， 固定器和加熱器(例如焰炬、爐)共同由附圖標記8指示；其共同被稱為管熔縮器8。優(yōu)選 地，熔縮器配置為沿管P的縱向反復(fù)移動熱源，其中熱源配置為局部加熱管至高于管的軟 化溫度的溫度。例如，如所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，固定器可配置為旋轉(zhuǎn)管狀管P(圍繞 著相應(yīng)的中心線)，其中加熱器可沿管P移動以使部分管熔縮。在操作過程中，實際上整個 管P都能夠被加熱器(沿著管反復(fù)移動)軟化，并熔縮(不改變桿狀圓柱形狀)。優(yōu)選地，提供流體供應(yīng)系統(tǒng)以將流體供應(yīng)給管P。在管狀管熔縮期間(即只要管 P的空心內(nèi)部還存在)，將流體(例如單一物質(zhì)，或者不同物質(zhì)混合物的流體)饋送通過管 狀管，特別地保持其內(nèi)部處于某個操作壓力，以阻止?jié)駳膺M入管內(nèi)。在至少部分熔縮階段期 間，將流體饋送通過管狀管。特別地，流體可以為純氧氣(02)或者惰性氣體。通常，該流體 與管P的環(huán)境中存在的流體(通常為空氣)具有不同的組成。在操作期間，流體流被饋送通過光纖管P，且通過排出系統(tǒng)6從管內(nèi)被排出。提供 泵7(例如泵為排出系統(tǒng)的一部分)以將流體從管P內(nèi)排出。在至少部分過程期間，流體可包括蝕刻部分纖芯材料的蝕刻劑。例如，用于蝕刻管 的流體成分可以為含氟物質(zhì)或氟氯烴(Chlorofluorcarbon)，如六氟乙烷(C2F6)或HF。以這 種方式，能夠阻止雜質(zhì)的沉積，且去除任何的欠摻雜外部纖芯層，如此，即能夠得到高純度、 具有期望的光學性能的光纖纖芯。有利地，熔縮器系統(tǒng)包括管一致性監(jiān)測器，其配置為通過監(jiān)測流體，監(jiān)測管在熔縮 過程中的結(jié)構(gòu)一致性。為了該目的，流體供應(yīng)系統(tǒng)包括供應(yīng)主流體流的第一部分5a，和供 應(yīng)輔助流體流的第二部分5b。根據(jù)一個實施例，主流體流和輔助流體流可以具有相同的組 成。另外，它們也可以具有不同的組成，例如主流體流是或含有第一惰性流體，并且輔助流 體流是或含有另一(第二)惰性流體。流體供應(yīng)系統(tǒng)包括壓力模式感應(yīng)器11，其被配置成對流體流中預(yù)定的、相對小的并仍然可被檢測的壓力模式(例如波形壓力模式)進行感應(yīng)。壓力模式感應(yīng)器11可以有 各種結(jié)構(gòu)；在該示例中，其是流量控制器(例如閥)，作為第二供應(yīng)系統(tǒng)部分5b的一部分。流量控制器11是可控制的，以改變供應(yīng)到主流體流部分的輔助流體的量，從而使 所得流體流的壓力產(chǎn)生波動。在圖1中，圖V示意性表示連續(xù)的流量控制器狀態(tài)的例子，流 量控制器11被周期性地設(shè)置為第一狀態(tài)(例如關(guān)閉)和隨后的第二狀態(tài)(例如打開)從 而為被饋送到主流體流的輔助流體提供相應(yīng)較低的(第一)和較高的(第二)流量。在非限制性示例中，所述第一流量(此時流量控制器11位于其第一狀態(tài))可以是 零。在另一個實施例中，由第二供應(yīng)部分5a饋送到主流體流的輔助流體的第二(高)流量 (此時流量控制器11處于其第二狀態(tài))最多可以為1000sCCm(每分鐘標準立方厘米)，特 別地最多為lOOsccm ；同樣，在一個示例中，第二流量可以高于lsccm，例如高于lOsccm。主流體流的流量可以是輔助流體流流量的至少兩倍，特別地至少5倍和更特別地 至少10倍。例如，主流體流的流量可以高于200SCCm，例如2000SCCm或更高。主流體流的 流量在操作期間可以變化。可選擇地，例如，沒有輔助流體流可利用，其中用于主流體流的主供應(yīng)部分5a提 供有流量控制器，以在流體中產(chǎn)生壓力模式。在操作期間，由流量控制器11在流體流中得到的壓力模式可以包括各種不同的 模式。例如，該壓力模式可以是波動壓力，具有預(yù)定的優(yōu)選的恒定頻率和預(yù)定的(優(yōu)選相對 小的)幅度。在采用低頻低幅壓力模式(例如頻率小于10Hz(例如在0. l-2Hz范圍內(nèi)，特別 地大約為1Hz)，并且幅度小于lOOPa，特別地大約50Pa或更小，例如壓力變化大約為25Pa) 時可以獲得好的結(jié)果。例如，壓力模式幅度可以大約在lO-lOOPa的范圍內(nèi)。在該示例中，同樣提供壓力傳感器12、13，第一壓力傳感器12被安置以檢測相對 于管P (由固定器8固定)的上游的流體的壓力，第二壓力傳感器13被安置以檢測相對于 管P的下游的流體的壓力。在附圖中，S1表示由第一傳感器12提供的第一傳感器信號，并 且S2為由第二傳感器13提供的第二傳感器信號。傳感器信號S1，S2，作為時間t的函數(shù)， 表明了流體壓力的壓力變化(假定管P結(jié)構(gòu)完整)。特別地，每個傳感器12、13都被配置成 測量流體(從供應(yīng)系統(tǒng)5經(jīng)過管P到排出部分6流動)和環(huán)境之間的壓力差。在該示例中，一致性監(jiān)測器被配置為監(jiān)測流體混合物中預(yù)定壓力變化模式。該監(jiān) 測器可以包括由附圖標記C示意性圖示的處理單元，例如數(shù)據(jù)處理器、微控制器、計算機、 或類似的處理單元，其被配置成處理傳感器信號Sl，S2。處理單元C可以是管熔縮器的控 制單元的一部分。處理單元C可以被配置為控制壓力模式感應(yīng)器11以產(chǎn)生預(yù)定的壓力模 式。感應(yīng)器11還可以以不同方式(例如自動地)操作。優(yōu)選的，處理單元C被配置成當處理單元C檢測到第二傳感器信號S2相對于預(yù)期 的第二傳感器信號具有一定偏離時產(chǎn)生報警信號，該偏離表示管P有不期望的結(jié)構(gòu)上的惡 化(比如破裂)。同樣，可選擇的，在這種偏離被檢測到時，管熔縮過程可以被處理單元C自 動地中斷。優(yōu)選的，傳感器信號SI, S2被數(shù)字化處理。在傳感器信號SI, S2是模擬信號的情 況下，各傳感器信號可以以例如相對較低的采樣速率被采樣(例如低于50Hz，例如30Hz)。 圖3表示采樣后的第一和第二傳感器信號SI, S2的特殊示例。此外，每個信號Sl，S2的處理過程可以包括對信號進行濾波，例如使用低通濾波器，優(yōu)選的其截頻大約為壓力模式的頻率的2-5倍(例如截頻低于50Hz，例如大約5Hz)。執(zhí) 行采樣的采樣器可以是處理單元C的一部分，或者它們也可以是獨立的部件。同樣，執(zhí)行信 號濾波的濾波器可以是處理單元C的一部分，或者它們也可以是獨立的部件。在壓力模式具有基本恒定頻率的情況下(例如0. 2Hz，如圖4-5的圖形上的頻峰 Q1和Q2所示)，處理單元C可以被配置成持續(xù)地搜尋第二傳感器信號S2中頻率分量Q2，以 及在檢測到頻率部分的偏離(例如相應(yīng)的幅度的降低)的情況下產(chǎn)生報警信號。優(yōu)選地， 處理單元C可以被配置成將第二傳感器信號S2從時間域轉(zhuǎn)換成頻率域(例如通過快速傅 里葉變換，見圖5)，以實現(xiàn)迅速和精確地監(jiān)測信號譜的預(yù)定部分。可選擇地，處理單元C還 可以被配置成持續(xù)地搜尋第一傳感器信號S1中頻率分量Q1，例如通過將信號S1從時間域 轉(zhuǎn)換成頻率域(圖4示出了頻率域內(nèi)的第一信號S1)。舉例來說，處理單元C可以將傳感器 信號SI, S2相互比較，以檢測指示管破裂的第二信號S2的變化。在操作期間，管通過熔縮器8熔縮。流體(特別是氣體或氣體混合物)被饋送到 熔縮管P。在該過程的至少第一階段期間，流體優(yōu)選的包括蝕刻劑以在管P中進行蝕刻過程。流體用于監(jiān)測熔縮管P。饋送到管P中的混合物的壓力具有變化壓力模式(見第 一傳感器信號S1)，其由流量控制器11的動作感應(yīng)。例如，流量控制器11可以是周期性地 (例如在0. l-o. 5Hz范圍內(nèi)給定轉(zhuǎn)換頻率)在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間切換，以提供或阻止相對 較小的(例如lOOsccm或更小)輔助流體流。相對于管P的下游，從管P流出的流體壓力被相應(yīng)的(第二)傳感器13檢測；相 應(yīng)的傳感器信號S2被處理單元C處理。特別地，處理單元C在頻率域中監(jiān)測信號S2，其中 與固定模式頻率相關(guān)的頻率峰Q2(雖然該模式具有低幅度)清晰可見(參見圖5)。如圖2，在管破裂的情況下，液體流(被饋送到管P)的流路至少部分地改變。特別 地，至少部分流體在到達第二壓力傳感器13之前漏掉。結(jié)果，在第二傳感器13中會發(fā)生壓 力模式的幅度的降低，見相應(yīng)的第二傳感器信號S2'。在相應(yīng)的傳感器頻率域內(nèi)所得到的 相應(yīng)的壓力模式頻率峰Q2的急劇下降會迅速地被處理單元C檢測到。處理單元C隨后優(yōu) 選的產(chǎn)生報警信號(例如打開報警信號發(fā)送裝置例如報警器和/或報警信號燈)，并且甚至 可以自動地中止熔縮過程。由此，本發(fā)明的基本思想是在管P流體上游引入具有一定頻率(例如在0. 5-lHz 范圍內(nèi)或不同的頻率)的某一小壓力信號；只要熔縮管P是完整的，下游壓力同樣會以所采 用的頻率變化。信號的監(jiān)測可以采用相對便宜的手段以可靠的方式來實現(xiàn)。通過提供一種 在熔縮器中檢測破裂管的方法，本發(fā)明節(jié)約大量開支和時間。在上述說明書中，參照本發(fā)明的實施方式的具體示例描述了本發(fā)明。然而，明確的 是在不脫離所附權(quán)利要求書中給出的發(fā)明的更廣泛的精神和范圍的情況下，可以進行多種 改動和變化。在權(quán)利要求書中，置于括號中的任何附圖標記不能解釋為對權(quán)利要求的限定。詞 “包括”并不排除權(quán)利要求所列出的之外的其它特征或步驟的存在。此外，詞“一個”不能解 釋為限定‘僅僅一個’，而是用于表示‘至少一個’，并不排除多個的情況。相互不同的權(quán)利 要求引用某些方案的事實并不意味著組合這些方案不能有利地使用。例如，該方法可以包括應(yīng)用一個或多個蝕刻階段，其中的流體包括用于蝕刻部分纖芯材料的蝕刻劑。前面提到的蝕刻階段可以是總體管熔縮階段的部分。蝕刻階段可以涉 及饋送純蝕刻劑給管P，或饋送包括氧氣或惰性氣體和蝕刻劑的混合物給管P。
權(quán)利要求
一種制備光纖預(yù)制棒的方法，包括管熔縮階段，其特征在于在熔縮階段中利用饋送到管(P)的流體流檢測管(P)的結(jié)構(gòu)一致性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中管(P)是圓柱形玻璃管，管的內(nèi)側(cè)特別地提供有一層 或多層包層和一層或多層纖芯材料層，其中將流體流饋送通過該管。
3.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，包括監(jiān)測流體流的流體壓力，特別地在相對于管 (P)的下游，以檢測管的結(jié)構(gòu)一致性。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，包括按照預(yù)定壓力變化模式變化流到管(P)的流體壓力。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中壓力變化模式具有預(yù)定恒定頻率，和優(yōu)選低于lOOPa 的幅度。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中在該過程的至少一部分期間，流體含有至少 一種用于蝕刻該管的物質(zhì)。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中流體流的流路至少部分地隨著管的破裂而改 變，其中該方法包括檢測流體壓力以監(jiān)測流體流路的改變。
8.一種制備光纖預(yù)制棒的系統(tǒng)，包括_固定器(8)，配置為固定管(P)；_加熱器(8)，配置為加熱至少部分管(P)至管熔縮溫度；和_流體供應(yīng)系統(tǒng)(5a，5b)，配置為向由固定器(8)固定的管(P)供應(yīng)流體；其特征在于，該系統(tǒng)包括配置為在熔縮階段期間通過監(jiān)測流體從而監(jiān)測管(P)的結(jié)構(gòu) 一致性的管一致性監(jiān)測器。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，該一致性監(jiān)測器包括壓力模式感應(yīng)器(11)，其被配置為 對流體流中的壓力模式進行感應(yīng)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中壓力模式感應(yīng)器(11)是被配置為對主流體流提供 輔助流體的流體供應(yīng)系統(tǒng)(5b)的一部分。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中輔助流體的流量最多為lOOOsccm，并且特別地最 多為 100sccmo
12.如權(quán)利要求8-11的任一項所述的系統(tǒng)，其中壓力模式包括小于10Hz的模式頻率。
13.如權(quán)利要求8-12的任一項所述的系統(tǒng)，其中一致性監(jiān)測器包括壓力傳感器(13)， 其被安置成檢測相對于由固定器固定的管的下游的流體壓力。
14.如權(quán)利要求8-13的任一項所述的系統(tǒng)，其中一致性監(jiān)測器被配置為監(jiān)測預(yù)定壓力 變化模式。
全文摘要
制備光纖預(yù)制棒的方法和系統(tǒng)。制備光纖預(yù)制棒的方法，包括在熔縮階段期間利用饋送到管中的流體流檢測管的結(jié)構(gòu)一致性。同樣，還提供用于制備光纖預(yù)制棒的系統(tǒng)，包括固定器，配置為固定管；加熱器，配置為加熱至少部分管至管熔縮溫度；和流體供應(yīng)系統(tǒng)，被配置成向由固定器固定的管供應(yīng)流體。該系統(tǒng)包括被配置成在熔縮階段期間通過監(jiān)測流體從而監(jiān)測管的結(jié)構(gòu)一致性的管一致性監(jiān)測器。
文檔編號C03B37/012GK101798173SQ20101013045
公開日2010年8月11日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者I·米利斯維克, J·A·哈特蘇伊克, M·J·N·范斯特拉倫, R·霍維爾曼斯 申請人:德雷卡通信技術(shù)公司