一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及其設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及其設(shè)備，涉及的是光纖預(yù)制棒燒結(jié)領(lǐng)域，具體地說，是利用激光反饋控制系統(tǒng)對燒結(jié)爐在燒結(jié)過程中的溫度進行實時調(diào)整，以實現(xiàn)對燒結(jié)過程進行閉環(huán)控制的一種方法與設(shè)備。包括塔體、電機一、卡盤、石英吊桿、導(dǎo)軌、吸氣口、粉末預(yù)制棒、石英腔體、洗滌塔、爐體、隔熱材料、加熱體、溫控柜、石英爐芯管、激光發(fā)射器、激光接收器、Cl2氣柜、He氣柜、N2氣柜、Cl2質(zhì)量流量控制器、He質(zhì)量流量控制器、N2質(zhì)量流量控制器、MFC流量控制柜、激光控制柜、送排風(fēng)控制器、電機控制柜、電機二、熱電偶、絲桿和控制電腦。
【專利說明】一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及其設(shè)備
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及其設(shè)備涉及的是光纖預(yù)制棒燒結(jié)領(lǐng)域，具體地說，是利用激光反饋控制系統(tǒng)對燒結(jié)爐在燒結(jié)過程中的溫度進行實時調(diào)整，以實現(xiàn)對燒結(jié)過程進行閉環(huán)控制的一種方法與設(shè)備。使用該方法能夠做到對燒結(jié)爐在燒結(jié)過程中的溫度的實時調(diào)整，以便實現(xiàn)對預(yù)制棒透明度的有效控制，防止由于燒結(jié)爐的燒結(jié)溫度設(shè)定不當(dāng)，而導(dǎo)致預(yù)制棒燒結(jié)后棒體不透明。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，燒結(jié)爐在燒結(jié)預(yù)制 棒的過程中，其溫度主要是通過溫度控制儀進行控制。溫度控制儀是通過預(yù)先設(shè)定若干個階段，對每個階段賦予恒定的溫度，在燒結(jié)預(yù)制棒的過程中，溫度按照預(yù)先的設(shè)定值進行變化。通過溫控儀進行燒結(jié)溫度的控制，存在一個弊端:不能實時調(diào)整燒結(jié)溫度，不利于對預(yù)制棒透明度的精確控制。
[0003]中國發(fā)明專利02138227.1介紹了一種通過設(shè)計一個收縮比例系數(shù)K，來燒結(jié)預(yù)制棒，燒結(jié)后利用預(yù)制棒外徑驗證系數(shù)K，并進行修正，以此來燒結(jié)出合格預(yù)制棒的方法。但是，該方法存在兩個弊端。其一，收縮比例系數(shù)K若設(shè)計不當(dāng)，會直接導(dǎo)致預(yù)制棒燒不透，從而造成制品報廢。其二，不同的粉末密度，需要對應(yīng)不同的收縮比例系數(shù)K，對于大規(guī)模生產(chǎn)而言，每臺設(shè)備生產(chǎn)的粉末棒密度會各有差異，因此對于每一臺設(shè)備將需要對應(yīng)一個收縮比例系數(shù)K，生產(chǎn)過程將變得極為繁瑣，因此該方法適用性不強。
[0004]中國發(fā)明專利200410041908.3介紹了一種變速率燒結(jié)預(yù)制棒的方法，在燒結(jié)的前半段，采取一個相對較慢的燒結(jié)速度，在燒結(jié)的后半段，采取一個相對較快的燒結(jié)速度。但是，該專利中有一個重要問題沒有提及。在燒結(jié)的后半段，由于預(yù)制棒已有一半完成燒結(jié)，上部腔體內(nèi)的剩余粉末棒體積已明顯減少，爐內(nèi)的熱量將由于熱泳原理向上擴散從而損失掉。也就是說，在燒結(jié)的后半段，理論上，應(yīng)該降低燒結(jié)的速度，讓粉末棒充分吸收熱量。如果想要增加燒結(jié)速度，則必須要增加爐溫。這點在該專利中沒有提及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是針對上述不足之處，提出一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及其設(shè)備。本發(fā)明能夠克服當(dāng)前的工藝不能對燒結(jié)過程中的溫度進行實時調(diào)整、對預(yù)制棒透明度進行有效控制的問題，提出一種基于PID控制技術(shù)，實時調(diào)整燒結(jié)過程中的溫度、有效控制預(yù)制棒透明度的方法及其設(shè)備，能夠有效防止由于燒結(jié)爐的燒結(jié)溫度設(shè)定不當(dāng)，而導(dǎo)致預(yù)制棒燒結(jié)后棒體不透明。
[0006]一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及其設(shè)備是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)設(shè)備包括塔體、電機一、卡盤、石英吊桿、導(dǎo)軌、吸氣口、粉末預(yù)制棒、石英腔體、洗滌塔、爐體、隔熱材料、加熱體、溫控柜、石英爐芯管、激光發(fā)射器、激光接收器、Cl2氣柜、He氣柜、N2氣柜、Cl2質(zhì)量流量控制器(MFC)、He質(zhì)量流量控制器(MFC)、N2質(zhì)量流量控制器(MFC)、MFC流量控制柜、激光控制柜、送排風(fēng)控制器、電機控制柜、電機二、熱電偶、絲桿和控制電腦。
[0007]導(dǎo)軌安裝在塔體上部，卡盤安裝在導(dǎo)軌上，石英吊桿安裝在卡盤上，在石英吊桿末端裝入粉末預(yù)制棒，粉末預(yù)制棒安裝在石英腔體內(nèi)，石英腔體安裝在塔體中。卡盤與絲桿相連，卡盤與電機一相連，電機二帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，電機一控制卡盤旋轉(zhuǎn)，電機二控制絲桿旋轉(zhuǎn)，以使卡盤沿導(dǎo)軌上升和下降。其中，電機一、電機二受電機控制柜控制。
[0008]吸氣口與洗滌塔通過管道連接，用于吸取、處理石英腔體中逸出的廢氣。
[0009]石英腔體外部安裝有燒結(jié)爐， 燒結(jié)爐由爐體、隔熱材料、加熱體、熱電偶構(gòu)成，其中，隔熱材料位于爐體和加熱體之間，熱電偶穿過隔熱材測量加熱體的溫度。加熱體、熱電偶分別通過電線、信號線與溫控柜相連。溫控柜通過控制信號線與控制電腦相連。
[0010]激光發(fā)射器、激光接收器分別安裝在燒結(jié)爐下部石英爐芯管兩側(cè)，激光發(fā)射器、激光接收器通過信號線與激光控制柜相連接，激光控制柜通過信號線與溫控柜相連接。
[0011]Cl2氣柜、He氣柜、N2氣柜分別存儲有Cl2、He和N2，氣體分別經(jīng)過氣體管道、Cl2質(zhì)量流量控制器(MFC)、He質(zhì)量流量控制器(MFC)、N2質(zhì)量流量控制器(MFC)與石英爐芯管相連接，氣體(:12、抱和隊進入石英爐芯管內(nèi)。其中，Cl2質(zhì)量流量控制器(MFC)、He質(zhì)量流量控制器(MFC)、N2質(zhì)量流量控制器(MFC)通過控制線與MFC流量控制柜相連，MFC流量控制柜中安裝有可編程邏輯控制器PLC，Cl2質(zhì)量流量控制器(MFC)、He質(zhì)量流量控制器(MFC)、N2質(zhì)量流量控制器(MFC)的流量受MFC流量控制柜控制。
[0012]質(zhì)量流量控制器，簡稱MFC，其作用是用于控制氣體的流量，通過預(yù)先設(shè)定若干個階段，對每個階段賦予恒定的流量，在生產(chǎn)過程中，氣體按照預(yù)先設(shè)定的流量進行供應(yīng)。
[0013]塔體設(shè)置有送排風(fēng)控制器，送排風(fēng)控制器控制塔體內(nèi)的送風(fēng)和排風(fēng)。
[0014]控制電腦用于發(fā)出“運行”、“暫?！薄ⅰ巴Ｖ埂比N信號，控制設(shè)備運行狀態(tài)。
[0015]所述的激光發(fā)射器采用市售Thorlabs H050NL型激光發(fā)射器。所述的激光接收器采用市售Thorlabs S120C型激光接收器。質(zhì)量流量控制器(MFC)、He質(zhì)量流量控制器(MFC)和N2質(zhì)量流量控制器(MFC)采用市售HORIBA NlOO系列質(zhì)量流量控制器。
[0016]所述的MFC流量控制柜中裝有EH150系列PLC控制器。所述的激光控制柜中裝有Thorlabs PM320型激光控制器。送排風(fēng)控制器采用市售SW62-WIFI型送排風(fēng)控制器。所述的熱電偶采用市售R型熱電偶。所述的控制電腦采用市售HITACH EH150型工業(yè)控制計算機。
[0017]一種光纖預(yù)制棒燒結(jié)設(shè)備的燒結(jié)方法如下:
1.氣體供應(yīng)
燒結(jié)時，將Cl2氣柜、He氣柜中的氣體分別通過Cl2質(zhì)量流量控制器(MFC)、He質(zhì)量流量控制器(MFC)及管道進入石英爐芯管內(nèi)，由MFC流量控制柜控制氣體流量。其中，每個氣路上配置的質(zhì)量流量控制器MFC (例如AE FC-7800⑶系列質(zhì)量流量控制器)，用于控制不同階段的氣流量。
[0018]2.燒結(jié)粉末預(yù)制棒
預(yù)制棒燒結(jié)共分6個階段。其中:
階段I屬于升溫階段，時間30min,通入10L/min的He ；
階段2屬于恒溫階段,時間9h,通入500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒進行脫羥和玻璃化過程；階段3屬于二次升溫階段，時間30min，溫度在階段2的基礎(chǔ)上上升10°C，此時通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒繼續(xù)進行脫輕和玻璃化過程；
階段4屬于恒溫階段,時間3h,此時通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒繼續(xù)進行脫羥和玻璃化過程；
階段5屬于降溫階段，時間30min，此時通入的是20L/min的N2，在此階段預(yù)制棒已停止脫羥和玻璃化過程；
階段6屬于待機階段，設(shè)定時間12h，此時通入的是20L/min的N2。
[0019]在粉末預(yù)制棒裝入前， 吊桿和石英腔體處于初期位置。在階段6狀態(tài)下，先在溫控柜上設(shè)定燒結(jié)各階段的溫度。其中，階段I溫度設(shè)定為1150°C，階段2溫度設(shè)定為1150°C，階段3溫度設(shè)定為1160°C，階段4溫度設(shè)定為1160°C，階段5溫度設(shè)定為1050°C，階段6溫度設(shè)定為1050°C。
[0020]在階段6狀態(tài)下，在石英吊桿末端裝入粉末預(yù)制棒，在控制電腦上下達“運行”指令，之后使用吊桿和石英腔體交替下降。其中，電機一 2在電機控制柜26控制下，使卡盤3和吊桿4隨之以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)，電機二 27在電機控制柜26控制下，使得吊桿4能夠沿著絲桿29和導(dǎo)軌5以3.0mm/min的速度下降。吊桿4下降1150mm之后停止下降,石英腔體8繼續(xù)下降，直至落到石英爐芯管14的法蘭面上。吊桿4和石英腔體8全部下降到位后，控制電腦發(fā)出“暫?！敝噶?，目的是讓操作人員對吊桿4、石英腔體8和石英爐芯管14法蘭面的貼合程度進行檢查。
[0021]操作人員檢查結(jié)束后，在控制電腦30上發(fā)出“運行”指令，此后程序進入自動狀態(tài)，詳細(xì)過程如下:
程序從階段6自動跳轉(zhuǎn)到階段I進入升溫階段，時間30min，30min內(nèi)爐溫從1050°C上升到1150°C，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)，且不下降；
升溫結(jié)束進入階段2恒溫階段，爐溫保持在1150°C，時間9h，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒進行脫輕和玻璃化；
階段2結(jié)束后，程序自動進入階段3，時間30min，溫度在階段2的基礎(chǔ)上在30min內(nèi)上升10°C,升至1160°C,在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒繼續(xù)進行脫羥和玻璃化；
階段3結(jié)束后，程序自動進入階段4恒溫階段，爐溫保持在1160°C，時間3h，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒繼續(xù)進行脫輕和玻璃化；
階段4結(jié)束后，程序自動進入階段5降溫階段，時間30min，在此階段，吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度上提1700mm，停止脫羥和玻璃化，爐溫在30min內(nèi)從1160°C下降至Ij 10500C ；
階段5結(jié)束后，程序自動進入階段6待機階段，在剛進入階段6時，吊桿和石英腔體交替上升，回到初期位置，預(yù)制棒暴露在空氣中進行自然冷卻，棒體表面冷卻至50°C所需的時間約lh，之后便可進行卸載作業(yè)。
[0022]3.激光反饋控制
粉末預(yù)制棒7在燒結(jié)過程中，激光發(fā)射器15發(fā)出一束波長850nm、功率P為5mw的激光，激光穿過粉末預(yù)制棒，到達激光接收器16，接收端功率為P’。
[0023]激光控制柜分析P和P’的差值Λ P，預(yù)先在激光控制柜24內(nèi)設(shè)定Λ P的范圍，其中，ΔΡ的最小值為APmin, ΔΡ的最大值為APmax, APmin和ΔPmax根據(jù)實際情況設(shè)定。當(dāng)燒結(jié)過程中，ΔΡ < APmin或ΔΡ > ΛPmax時，由激光控制柜觸發(fā)一個信號，傳遞到溫控柜，溫控柜對當(dāng)前溫度進行調(diào)整，調(diào)整原則為:
ΔΡ < APmin時，表明預(yù)制棒透明度差，需增加燒結(jié)溫度；
APmin ≤ ΔΡ≤APmax時，表明預(yù)制棒透明度符合預(yù)期，不需要調(diào)整溫度；
ΔΡ > APmax時，表明預(yù)制棒透明度超過預(yù)期，棒體可能產(chǎn)生拉長、拉細(xì)，需降低燒結(jié)溫度。
[0024]具體的控制過程是:
當(dāng)ΛΡ < ΛPmin時，激光控制柜24觸發(fā)一個升溫信號傳遞到溫控柜，溫控柜進行自動升溫操作，熱電偶將實時溫度反饋給溫控柜，當(dāng)達到目標(biāo)溫度時，溫控柜自動停止升溫操作；
當(dāng)ΔPmin≤ΔΡ≤ΔPmax時，激光控制柜將實時信號傳遞到溫控柜，溫控柜判斷此時不需要進行溫度調(diào)整；
當(dāng)ΛΡ > APmax時，激光控制柜觸發(fā)一個升溫信號傳遞到溫控柜，溫控柜進行自動降溫操作，熱電偶將實時溫度反饋給溫控柜，當(dāng)達到目標(biāo)溫度時，溫控柜自動停止降溫操作。
[0025]以上過程，即是激光反饋控制工作過程。
[0026]4.尾氣收集、處理
燒結(jié)過程中產(chǎn)生的尾氣，主要成分是HC1、HF，由吸氣口進行收集，并通過管道傳輸?shù)较礈焖?。在洗滌塔中，儲有NaOH堿液，和尾氣進行中和反應(yīng)，最終使尾氣達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0027]本發(fā)明的光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及其設(shè)備優(yōu)點在于:
1.在整個燒結(jié)過程中，利用激光反饋控制，可以實時獲取預(yù)制棒的透明度情況，并及時作出響應(yīng)，調(diào)整燒結(jié)溫度，從而使得預(yù)制棒透明度變得在線實時可調(diào)；
2.防止由于溫度設(shè)定不當(dāng)而導(dǎo)致預(yù)制棒燒不透，同時，讓整個預(yù)制棒燒結(jié)過程變得更加自動化、智能化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
圖1是預(yù)制棒燒結(jié)設(shè)備示意圖。
【具體實施方式】
[0029]參照附圖1，一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)設(shè)備包括塔體1、電機一 2、卡盤3、石英吊桿
4、導(dǎo)軌5、吸氣口 6、粉末預(yù)制棒7、石英腔體8、洗滌塔9、爐體10、隔熱材料11、加熱體12、溫控柜13、石英爐芯管14、激光發(fā)射器15、激光接收器16、Cl2氣柜17、He氣柜18、N2氣柜19,Cl2質(zhì)量流量控制器化卩0 20、抱質(zhì)量流量控制器(MFC)21、N2質(zhì)量流量控制器(MFC)22,MFC流量控制柜23、激光控制柜24、送排風(fēng)控制器25、電機控制柜26、電機二 27、熱電偶28、絲桿29和控制電腦30。
[0030]如圖1所示，導(dǎo)軌5安裝在塔體1上部，卡盤3安裝在導(dǎo)軌5上，石英吊桿4安裝在卡盤3上，在石英吊桿4末端裝入粉末預(yù)制棒7，粉末預(yù)制棒7安裝在石英腔體8內(nèi)，石英腔體8安裝在塔體1中。卡盤3與絲桿29相連，卡盤3與電機一 2相連，電機二 27帶動絲桿29旋轉(zhuǎn)，電機一 2控制卡盤3旋轉(zhuǎn)，電機二 27控制絲桿29旋轉(zhuǎn)，以使卡盤3沿導(dǎo)軌5上升和下降。其中，電機一 2、電機二 27受電機控制柜26控制。
[0031]吸氣口 6與洗滌塔9通過管道連接，用于吸取、處理石英腔體8中逸出的廢氣。
[0032]石英腔體8外部安裝有燒結(jié)爐，燒結(jié)爐由爐體10、隔熱材料11、加熱體12、熱電偶28構(gòu)成，其中，隔熱材料11位于爐體10和加熱體12之間，熱電偶28穿過隔熱材料11測量加熱體12的溫度。加熱體12、 熱電偶28分別通過電線、信號線與溫控柜13相連。溫控柜13通過控制信號線與控制電腦30相連。
[0033]激光發(fā)射器15、激光接收器16分別安裝在燒結(jié)爐下部石英爐芯管14兩側(cè)，激光發(fā)射器15、激光接收器16通過信號線與激光控制柜24相連接，激光控制柜24通過信號線與溫控柜13相連接。
[0034]Cl2氣柜17、He氣柜18、N2氣柜19分別存儲有Cl2、He和N2，氣體分別經(jīng)過氣體管道、Cl2質(zhì)量流量控制器化卩0 20、抱質(zhì)量流量控制器(MFC)21、N2質(zhì)量流量控制器(MFC)22與石英爐芯管14相連接，氣體Cl2、He和N2進入石英爐芯管14內(nèi)。其中，Cl2質(zhì)量流量控制器(1^0 20、抱質(zhì)量流量控制器(MFC)21、N2質(zhì)量流量控制器(MFC) 22通過控制線與MFC流量控制柜23相連，MFC流量控制柜23中安裝有可編程邏輯控制器PLC，Cl2質(zhì)量流量控制器(MFC) 20、He質(zhì)量流量控制器(MFC) 21、N2質(zhì)量流量控制器(MFC) 22的流量受MFC流量控制柜23控制。
[0035]質(zhì)量流量控制器，簡稱MFC，其作用是用于控制氣體的流量，通過預(yù)先設(shè)定若干個階段，對每個階段賦予恒定的流量，在生產(chǎn)過程中，氣體按照預(yù)先設(shè)定的流量進行供應(yīng)。
[0036]塔體I設(shè)置有送排風(fēng)控制器25,送排風(fēng)控制器25控制塔體I內(nèi)的送風(fēng)和排風(fēng)。
[0037]控制電腦30用于發(fā)出“運行”、“暫?！?、“停止”三種信號，控制設(shè)備運行狀態(tài)。
[0038]所述的激光發(fā)射器15采用市售Thorlabs H050NL型激光發(fā)射器。所述的激光接收器16采用市售Thorlabs S120C型激光接收器。質(zhì)量流量控制器(MFC) 20、He質(zhì)量流量控制器(MFC) 21和N2質(zhì)量流量控制器(MFC) 22采用市售HORIBA NlOO系列質(zhì)量流量控制器。
[0039]所述的MFC流量控制柜23中裝有EH150系列PLC控制器。所述的激光控制柜24中裝有Thorlabs PM320型激光控制器。送排風(fēng)控制器25采用市售SW62-WIFI型送排風(fēng)控制器。所述的熱電偶28采用市售R型熱電偶。所述的控制電腦30采用市售HITACH EH150型工業(yè)控制計算機。
[0040]在石英吊桿4上方安裝粉末預(yù)制棒7，送入爐內(nèi)，石英腔體8落至石英爐芯管14上，兩者法蘭面完全貼合。
[0041]隨著卡盤3的旋轉(zhuǎn)和下降，粉末預(yù)制棒7做螺旋向下運動，與此同時，爐內(nèi)通入Cl2和He。爐溫按照預(yù)先設(shè)定的若干階段進行變化。
[0042]當(dāng)粉末預(yù)制棒7下尾柄抵達激光所在水平位置時，激光反饋控制系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。激光發(fā)射器15以一定頻率發(fā)出功率P恒定的激光束，由激光接收器16進行接收，接收端功率為P’。激光控制柜24分析P和P’的差值△ P。預(yù)先在激光控制柜內(nèi)設(shè)定△ P的范圍，當(dāng)燒結(jié)過程中，Λ P超過設(shè)定范圍時，由激光控制柜觸發(fā)一個信號，傳遞到溫控柜13，溫控柜13對當(dāng)前溫度進行調(diào)整。
[0043]Δ P的范圍是APmin~APmax。當(dāng)ΔΡ處于APmin~Δ Pmax之間時,說明預(yù)制棒透明度狀態(tài)正常，無需調(diào)整溫度；當(dāng)AP>APmaX時，說明預(yù)制棒透明度過高，棒體可能被拉長、拉細(xì)，需要降低溫度；當(dāng)ΛΡ〈 ΛPmax時，說明預(yù)制棒透明度過低，棒未燒透，需要增加溫度。
[0044]一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法如下:
1.氣體供應(yīng)
燒結(jié)時，將Cl2氣柜17、He氣柜18中的氣體分別通過Cl2質(zhì)量流量控制器(MFC)20、He質(zhì)量流量控制器(MFC) 21及 管道進入石英爐芯管14內(nèi)，由MFC流量控制柜23控制氣體流量。其中，每個氣路上配置的質(zhì)量流量控制器MFC (例如AE FC-7800CD系列質(zhì)量流量控制器)，用于控制不同階段的氣流量。
[0045]2.燒結(jié)粉末預(yù)制棒
預(yù)制棒燒結(jié)共分6個階段。其中:
階段I屬于升溫階段，時間30min,通入10L/min的He ；
階段2屬于恒溫階段,時間9h,通入500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒進行脫羥和玻璃化過程；
階段3屬于二次升溫階段，時間30min，溫度在階段2的基礎(chǔ)上上升10°C，此時通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒繼續(xù)進行脫輕和玻璃化過程；
階段4屬于恒溫階段,時間3h,此時通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒繼續(xù)進行脫羥和玻璃化過程；
階段5屬于降溫階段，時間30min，此時通入的是20L/min的N2，在此階段預(yù)制棒已停止脫羥和玻璃化過程；
階段6屬于待機階段，設(shè)定時間12h，此時通入的是20L/min的N2。
[0046]在粉末預(yù)制棒7裝入前，吊桿4和石英腔體8處于初期位置。在階段6狀態(tài)下，先在溫控柜13上設(shè)定燒結(jié)各階段的溫度。其中，階段I溫度設(shè)定為1150°C，階段2溫度設(shè)定為1150°C，階段3溫度設(shè)定為1160°C，階段4溫度設(shè)定為1160°C，階段5溫度設(shè)定為1050°C，階段6溫度設(shè)定為1050°C。
[0047]在階段6狀態(tài)下，在石英吊桿4末端裝入粉末預(yù)制棒7，在控制電腦30上下達“運行”指令，之后使用吊桿4和石英腔體8交替下降。其中，電機一 2在電機控制柜26控制下，使卡盤3和吊桿4隨之以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)，電機二 27在電機控制柜26控制下，使得吊桿4能夠沿著絲桿29和導(dǎo)軌5以3.0mm/min的速度下降。吊桿4下降1150mm之后停止下降，石英腔體8繼續(xù)下降，直至落到石英爐芯管14的法蘭面上。吊桿4和石英腔體8全部下降到位后，控制電腦發(fā)出“暫?！敝噶?，目的是讓操作人員對吊桿4、石英腔體8和石英爐芯管14法蘭面的貼合程度進行檢查。
[0048]操作人員檢查結(jié)束后，在控制電腦30上發(fā)出“運行”指令，此后程序進入自動狀態(tài):
程序從階段6自動跳轉(zhuǎn)到階段I進入升溫階段，時間30min，30min內(nèi)爐溫從1050°C上升到1150°C，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)，且不下降；
升溫結(jié)束進入階段2恒溫階段，爐溫保持在1150°C，時間9h，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒進行脫輕和玻璃化；
階段2結(jié)束后，程序自動進入階段3，時間30min，溫度在階段2的基礎(chǔ)上在30min內(nèi)上升10°C,升至1160°C,在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒繼續(xù)進行脫羥和玻璃化；
階段3結(jié)束后，程序自動進入階段4恒溫階段，爐溫保持在1160°C，時間3h，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒繼續(xù)進行脫輕和玻璃化；
階段4結(jié)束后，程序自動進入階段5降溫階段，時間30min，在此階段，吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度上提1700mm，停止脫羥和玻璃化，爐溫在30min內(nèi)從1160°C下降至Ij 10500C ；
階段5結(jié)束后，程序自動進入階段6待機階段，在剛進入階段6時，吊桿4和石英腔體8交替上升，回到初期位置， 預(yù)制棒暴露在空氣中進行自然冷卻，棒體表面冷卻至50°C所需的時間約lh，之后便可進行卸載作業(yè)。
[0049]3.激光反饋控制
粉末預(yù)制棒7在燒結(jié)過程中，激光發(fā)射器15發(fā)出一束波長850nm、功率P為5mw的激光，激光穿過粉末預(yù)制棒，到達激光接收器16，接收端功率為P’。
[0050]激光控制柜24分析P和P’的差值Λ P。預(yù)先在激光控制柜24內(nèi)設(shè)定Λ P的范圍，其中，ΔΡ的最小值為APmin, ΔΡ的最大值為APmax, APmin和APmax根據(jù)實際情況設(shè)定。當(dāng)燒結(jié)過程中，ΛΡ< APmin或ΛΡ > ΛPmax時，由激光控制柜24觸發(fā)一個信號，傳遞到溫控柜13，溫控柜13對當(dāng)前溫度進行調(diào)整，調(diào)整原則為:
ΔΡ < APmin時，表明預(yù)制棒透明度差，需增加燒結(jié)溫度；
APmin ^ ΔΡ ^ ΛPmax時，表明預(yù)制棒透明度符合預(yù)期，不需要調(diào)整溫度；
ΔΡ > APmax時，表明預(yù)制棒透明度超過預(yù)期，棒體可能產(chǎn)生拉長、拉細(xì)，需降低燒結(jié)溫度。
[0051]具體的控制過程是:
當(dāng)ΛΡ < APmin時，激光控制柜24觸發(fā)一個升溫信號傳遞到溫控柜13，溫控柜13進行自動升溫操作，熱電偶28將實時溫度反饋給溫控柜13，當(dāng)達到目標(biāo)溫度時，溫控柜13自動停止升溫操作；
當(dāng)APmin ^ ΔΡ ^ APmax時，激光控制柜24將實時信號傳遞到溫控柜13，溫控柜13判斷此時不需要進行溫度調(diào)整；
當(dāng)ΛΡ > ΛPmax時，激光控制柜24觸發(fā)一個升溫信號傳遞到溫控柜13，溫控柜13進行自動降溫操作，熱電偶28將實時溫度反饋給溫控柜13，當(dāng)達到目標(biāo)溫度時，溫控柜13自動停止降溫操作。
[0052]以上過程，即是激光反饋控制工作過程。
[0053]4.尾氣收集、處理燒結(jié)過程中產(chǎn)生的尾氣，主要成分是HC1、HF，由吸氣口 6進行收集，并通過管道傳輸?shù)较礈焖?。在洗滌塔9中，儲有NaOH堿液，和尾氣進行中和反應(yīng)，最終使尾氣達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0054]本發(fā)明涉及的氣體包括:一、Cl2，其作用是:1、去除粉末棒中的羥基，降低光纖的水峰；2、和金屬雜質(zhì)反應(yīng),生成鹵化物揮發(fā)掉,從而降低光纖在1310nm波段的衰減值。二、He,其作用是:1、傳導(dǎo)熱量，使粉末棒順利轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鲬B(tài)；2、替換棒內(nèi)的殘留Cl2，收縮氣孔。三、N2，其作用是當(dāng)設(shè)備待機時，對爐內(nèi)進行吹掃。
[0055]實施例一:在溫控柜13上設(shè)定好各階段所需要的溫度，然后在石英吊桿4上方安裝粉末預(yù)制棒7，送入爐內(nèi)，按照上文所述預(yù)制棒的燒結(jié)方法進行燒結(jié)。從激光發(fā)射器15射出一束波長為850nm、功率為5.0mw的激光，激光控制柜24內(nèi)的信號采集單元每隔5s采集一次接收端接收端激光功率P’，并計算出功率的差值A(chǔ)P=5mw-P’。其中，ΔΡ的上限值A(chǔ)Pmax設(shè)定為
4.5mw, Δ P的下限值A(chǔ)Pmin設(shè)定為3.5mw。
[0056]當(dāng)預(yù)制棒下尾柄抵達激光所在水平位置時，激光感知到預(yù)制棒，進入工作狀態(tài)。當(dāng)Δ P值超過Λ Pmax時，激光控制柜內(nèi)傳送一個信號給溫控柜13，要求其將爐溫下調(diào)10°C;當(dāng)ΛΡ值低于APmin時，激光控制柜 內(nèi)傳送一個信號給溫控柜13，要求其將爐溫上調(diào)10°C。
[0057]實施例二:
在溫控柜13上設(shè)定好各階段所需要的溫度，然后在石英吊桿4上方安裝粉末預(yù)制棒7，送入爐內(nèi)，按照上文所述預(yù)制棒的燒結(jié)方法進行燒結(jié)。從激光發(fā)射器15射出一束波長為850nm、功率為5.0mw的激光，激光控制柜24內(nèi)的信號采集單元每隔5s采集一次接收端接收端激光功率P’，并計算出功率的差值A(chǔ)P=5mw-P’。其中，ΛΡ的上限值A(chǔ)Pmax設(shè)定為
4.2mw, Δ P的下限值A(chǔ)Pmin設(shè)定為3.8mw。
[0058]當(dāng)預(yù)制棒下尾柄抵達激光所在水平位置時，激光感知到預(yù)制棒，進入工作狀態(tài)。當(dāng)ΔΡ值超過APmax時，激光控制柜內(nèi)傳送一個信號給溫控柜13，要求其將爐溫下調(diào)5°C ;當(dāng)ΛΡ值低于APmin時，激光控制柜內(nèi)傳送一個信號給溫控柜13，要求其將爐溫上調(diào)5°C。
[0059]經(jīng)過將實施例一和實施例二比較發(fā)現(xiàn)，實施例二通過縮小Λ P的上下限，降低每次爐溫調(diào)整的幅度，最終:一、使系統(tǒng)響應(yīng)更加迅速；二、控制更加有效。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)設(shè)備，其特征在于:包括塔體、電機一、卡盤、石英吊桿、導(dǎo)軌、吸氣口、粉末預(yù)制棒、石英腔體、洗滌塔、爐體、隔熱材料、加熱體、溫控柜、石英爐芯管、激光發(fā)射器、激光接收器、Cl2氣柜、He氣柜、N2氣柜、Cl2質(zhì)量流量控制器、He質(zhì)量流量控制器、N2質(zhì)量流量控制器、MFC流量控制柜、激光控制柜、送排風(fēng)控制器、電機控制柜、電機二、熱電偶、絲桿和控制電腦； 導(dǎo)軌安裝在塔體上部，卡盤安裝在導(dǎo)軌上，石英吊桿安裝在卡盤上，在石英吊桿末端裝入粉末預(yù)制棒，粉末預(yù)制棒安裝在石英腔體內(nèi)，石英腔體安裝在塔體中，卡盤與絲桿相連，卡盤與電機一相連，電機二帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，電機一控制卡盤旋轉(zhuǎn)，電機二控制絲桿旋轉(zhuǎn)，以使卡盤沿導(dǎo)軌上升和下降，其中，電機、電機受電機控制柜控制； 吸氣口與洗滌塔通過管道連接，用于吸取、處理石英腔體中逸出的廢氣； 石英腔體外部安裝有燒結(jié)爐，燒結(jié)爐由爐體、隔熱材料、加熱體、熱電偶構(gòu)成，其中，隔熱材料位于爐體和加熱體之間，熱電偶穿過隔熱材料測量加熱體的溫度，加熱體、熱電偶分別通過電線、信號線與溫控柜相連，溫控柜通過控制信號線與控制電腦相連； 激光發(fā)射器、激光接收器分別安裝在燒結(jié)爐下部石英爐芯管兩側(cè)，激光發(fā)射器、激光接收器通過信號線與激光控制柜相連接，激光控制柜通過信號線與溫控柜相連接； Cl2氣柜、He氣柜、N2氣柜分別存儲有Cl2、He和N2，氣體分別經(jīng)過氣體管道、Cl2質(zhì)量流量控制器、He質(zhì)量流量控制器、N2質(zhì)量流量控制器與石英爐芯管相連接，氣體Cl2、He和N2進入石英爐芯管內(nèi)，其中，Cl2質(zhì)量流量控制器、He質(zhì)量流量控制器、N2質(zhì)量流量控制器通過控制線與MFC流量控制柜相連，MFC流量控制柜中安裝有可編程邏輯控制器PLC，Cl2質(zhì)量流量控制器、He質(zhì)量流量控制器、N2質(zhì)量流量控制器的流量受MFC流量控制柜控制；塔體設(shè)置有送排風(fēng)控制器，送排風(fēng)控制器控制塔體內(nèi)的送風(fēng)和排風(fēng)。
2.權(quán)利要求1所述的一種光纖預(yù)制棒燒結(jié)設(shè)備的燒結(jié)方法，其特征在于: I)氣體供應(yīng) 燒結(jié)時，將Cl2氣柜、He氣柜中的氣體分別通過Cl2質(zhì)量流量控制器、He質(zhì)量流量控制器及管道進入石英爐芯管內(nèi)，由MFC流量控制柜控制氣體流量；其中，每個氣路上配置的質(zhì)量流量控制器，用于控制不同階段的氣流量； 燒結(jié)粉末預(yù)制棒 預(yù)制棒燒結(jié)共分6個階段，其中: 階段I屬于升溫階段，時間30min,通入10L/min的He ； 階段2屬于恒溫階段,時間9h,通入500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒進行脫羥和玻璃化過程； 階段3屬于二次升溫階段，時間30min，溫度在階段2的基礎(chǔ)上上升10°C，此時通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒繼續(xù)進行脫輕和玻璃化過程； 階段4屬于恒溫階段,時間3h,此時通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此階段預(yù)制棒繼續(xù)進行脫羥和玻璃化過程； 階段5屬于降溫階段，時間30min，此時通入的是20L/min的N2，在此階段預(yù)制棒已停止脫羥和玻璃化過程； 階段6屬于待機階段，設(shè)定時間12h，此時通入的是20L/min的N2 ； 在粉末預(yù)制棒裝入前，吊桿和石英腔體處于初期位置；在階段6狀態(tài)下，先在溫控柜上設(shè)定燒結(jié)各階段的溫度，其中，階段I溫度設(shè)定為1150°C，階段2溫度設(shè)定為1150°C，階段.3溫度設(shè)定為1160°C，階段4溫度設(shè)定為1160°C，階段5溫度設(shè)定為1050°C，階段6溫度設(shè)定為 10500C ； 在階段6狀態(tài)下，在石英吊桿末端裝入粉末預(yù)制棒，在控制電腦上下達“運行”指令，之后使用吊桿和石英腔體交替下降，其中，電機一在電機控制柜控制下，使卡盤和吊桿隨之以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)，電機二在電機控制柜控制下，使得吊桿能夠沿著絲桿和導(dǎo)軌以.3.0mm/min的速度下降，吊桿下降1150_之后停止下降,石英腔體繼續(xù)下降,直至落到石英爐芯管的法蘭面上，吊桿和石英腔體全部下降到位后，控制電腦發(fā)出“暫?！敝噶?，目的是讓操作人員對吊桿、石英腔體和石英爐芯管法蘭面的貼合程度進行檢查； 操作人員檢查結(jié)束后，控制電腦發(fā)出“運行”指令，此后程序進入自動狀態(tài)，詳細(xì)過程如下: 程序從階段6自動跳轉(zhuǎn)到階段I進入升溫階段，時間30min，30min內(nèi)爐溫從1050°C上升到1150°C，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)，且不下降； 升溫結(jié)束進入階段2恒溫階段，爐溫保持在1150°C，時間9h，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒進行脫輕和玻璃化； 階段2結(jié)束后，程序自動進入階段3，時間30min，溫度在階段2的基礎(chǔ)上在30min內(nèi)上升10°C,升至1160°C,在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒繼續(xù)進行脫羥和玻璃化； 階段3結(jié)束后，程序自動進入階段4恒溫階段，爐溫保持在1160°C，時間3h，在此階段吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度下降,粉末棒繼續(xù)進行脫輕和玻璃化； 階段4結(jié)束后，程序自動進入階段5降溫階段，時間30min，在此階段，吊桿以1.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)、3.0mm/min的速度上提1700mm，停止脫羥和玻璃化，爐溫在30min內(nèi)從1160°C下降至Ij 10500C ； 階段5結(jié)束后，程序自動進入階段6待機階段，在剛進入階段6時，吊桿和石英腔體交替上升，回到初期位置，預(yù)制棒暴露在空氣中進行自然冷卻，棒體表面冷卻至50°C所需的時間約lh，之后便可進行卸載作業(yè)； 3)激光反饋控制 粉末預(yù)制棒在燒結(jié)過程中，激光發(fā)射器發(fā)出一束波長850nm、功率P為5mw的激光，激光穿過粉末預(yù)制棒，到達激光接收器，接收端功率為P’ ； 激光控制柜分析P和P’的差值ΛΡ，預(yù)先在激光控制柜24內(nèi)設(shè)定ΛΡ的范圍，其中，ΔΡ的最小值為APmin, ΔΡ的最大值為APmax, APmin和ΔPmax根據(jù)實際情況設(shè)定；當(dāng)燒結(jié)過程中，ΛΡ < APmin或ΛΡ > ΛPmax時，由激光控制柜觸發(fā)一個信號，傳遞到溫控柜，溫控柜對當(dāng)前溫度進行調(diào)整，調(diào)整原則為: ΔΡ < APmin時，表明預(yù)制棒透明度差，需增加燒結(jié)溫度； APmin ^ ΔΡ ^ ΛPmax時，表明預(yù)制棒透明度符合預(yù)期，不需要調(diào)整溫度； ΔΡ > APmax時，表明預(yù)制棒透明度超過預(yù)期，棒體可能產(chǎn)生拉長、拉細(xì)，需降低燒結(jié)溫度; 具體的控制過程是: 當(dāng)ΛΡ < APmin時，激光控制柜觸發(fā)一個升溫信號傳遞到溫控柜，溫控柜進行自動升溫操作，熱電偶將實時溫度反饋給溫控柜，當(dāng)達到目標(biāo)溫度時，溫控柜自動停止升溫操作；當(dāng)APmin≤ΔΡ ≤ ΛPmax時，激光控制柜將實時信號傳遞到溫控柜，溫控柜判斷此時不需要進行溫度調(diào)整； 當(dāng)ΛΡ > APmax時，激光控制柜觸發(fā)一個升溫信號傳遞到溫控柜，溫控柜進行自動降溫操作，熱電偶將實時溫度反饋給溫控柜，當(dāng)達到目標(biāo)溫度時，溫控柜自動停止降溫操作；以上過程，即是激光反饋控制工作過程； 4)尾氣收集、處理 燒結(jié)過程中產(chǎn)生的尾氣，主要成分是HC1、HF，由吸氣口進行收集，并通過管道傳輸?shù)较礈焖?；在洗滌塔中，儲有NaOH堿液，和尾氣進行中和反應(yīng)，最終使尾氣達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
【文檔編號】C03B37/012GK103739194SQ201310724822
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】陶偉, 沈一春, 吳椿烽 申請人:中天科技精密材料有限公司