專利名稱：在拉制過程中對(duì)光纖進(jìn)行紅外高溫測(cè)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光纖拉制爐的光纖溫度傳感器和處理器裝置，具體地說，本發(fā)明涉及在光纖拉制過程中對(duì)超過1000攝氏度的光纖進(jìn)行高溫側(cè)量。
在光纖拉制過程中不存在對(duì)超過500攝氏度的光纖高溫進(jìn)行測(cè)量的實(shí)用方法。但在工業(yè)上對(duì)此有實(shí)際需求。在光纖拉制過程中能對(duì)光纖顯著低于1000攝氏度的低溫進(jìn)行測(cè)量的所有公知方法均具有有限的溫度范圍、具有不精確性并且具有不可靠性，需要光纖精確地對(duì)齊并需要特別接近光纖，從而難以進(jìn)行側(cè)量，并且這些方法不適用于高溫側(cè)量。參見美國(guó)專利第4，576，485號(hào)。
正如在文摘中說明的那樣，日本專利第60-163，377號(hào)公開了一種光纖拉制設(shè)備，它具有一電路，以便從檢測(cè)來自受熱光纖的紅外線信號(hào)的亮度分量中取出溫度信號(hào)并從周期分量中取出外徑信號(hào)。在使用掃描束技術(shù)的情況下，可根據(jù)紅外信號(hào)的亮度來確定光纖的溫度。例如，如圖3(a)所示那樣對(duì)光纖掃描，脈沖的高度如圖3(b)所示那樣決定了光纖的溫度，脈沖的寬度如圖3(c)所示那樣決定了光纖的外徑。來自檢測(cè)器的信號(hào)用于控制光纖的伸延速率和鼓11的速度。這種光纖拉制設(shè)備并未使用光纖的溫度記錄圖像(即溫度分布圖像)。這種光纖拉制設(shè)備也未對(duì)光纖作溫度記錄檢測(cè)或曲線處理。
本發(fā)明的基本思想是在光纖拉制過程中用紅外(IR)能量去測(cè)量光纖的溫度。
本發(fā)明提供一種用于從予制棒拉出光纖的光纖拉制爐，它包括一溫度記錄傳感器以及一溫度記錄曲線處理器。
所述溫度記錄傳感器可對(duì)輻射自光纖的紅外能量響應(yīng)，以提供一溫度記錄傳感器信號(hào)，該信號(hào)包含有與輻射自光纖的紅外能量有關(guān)的信息。
所述溫度記錄曲線處理器對(duì)上述溫度記錄傳感器的信號(hào)響應(yīng)，以便提供溫度記錄曲線處理器信號(hào)，該信號(hào)包含有與光纖所發(fā)出的熱量變化的溫度記錄曲線有關(guān)的信息。
光纖一般是石英玻璃，所述溫度記錄傳感器包括一紅外濾波器，它用于濾掉輻射自石英光纖的8-12微米范圍之外的紅外能量，并且，所述溫度記錄傳感器還包括一透鏡和紅外傳感器，它用于聚焦和傳感輻射自石英光纖的在8-12微米范圍之內(nèi)的紅外能量。
石英光纖一般具有在500至2000攝氏度范圍內(nèi)的溫度。所述溫度記錄傳感器信號(hào)包含有與輻射自光纖的溫度范圍為500至2000攝氏度的紅外能量有關(guān)的信息。
所述溫度記錄曲線包括在光纖寬度上或沿光纖長(zhǎng)度發(fā)出的熱量的變化。
所述溫度記錄曲線處理器包括微處理器電路，它具有由微處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成的組合體以及用于將該組合體連接起來的地址、控制和數(shù)據(jù)總線。
所述溫度記錄曲線處理器信號(hào)包含對(duì)光纖拉制爐的溫度進(jìn)行控制的信息或?qū)挠柚瓢糁欣龉饫w的速度進(jìn)行控制的信號(hào)或者包含有這兩種信息。
所述光纖拉制爐具有一爐溫控制器，它可對(duì)溫度記錄曲線處理器信號(hào)響應(yīng)，以便提供爐溫控制信號(hào)，從而控制光纖拉制爐的溫度。
所述光纖拉制爐還具有一卷筒和卷軸速度控制器，它可對(duì)溫度記錄曲線處理器信號(hào)響應(yīng)，以便提供卷筒和卷軸速度控制器信號(hào)，從而控制卷筒和卷軸將光纖從予制棒中拉出并加以卷繞的速度。
在操作過程中，所述光纖拉制爐使用高靈敏度紅外(IR)溫度記錄技術(shù)(包括市售測(cè)量系統(tǒng))以便以光學(xué)的方式掃描與光纖有關(guān)的自然紅外輻射。將通過光學(xué)掃描紅外輻射所獲得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖的溫度記錄圖像(即溫度分布圖像)。然后將所述信號(hào)/圖像轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)。在將這種技術(shù)用于高溫或低溫玻璃光纖時(shí)，必需用濾波器(特定波長(zhǎng))并冷卻傳感器檢測(cè)器以獲得精確的溫度讀數(shù)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)光纖的紅外測(cè)量是精確的并且適用于生產(chǎn)用途。在拉制過程中可在沿可見的光纖路徑的任何地方通過光纖的溫度來檢測(cè)和測(cè)量紅外能量，并且，不需要精確的光纖對(duì)齊，而是可保持與光纖的路徑有幾英寸的距離。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，所述溫度記錄傳感器和曲線處理器裝置可為收集包括冷卻速率和溫度曲線在內(nèi)的與拉制的光纖有關(guān)的數(shù)據(jù)而提供有價(jià)值的研究工具，所說的數(shù)據(jù)能使研究人員研究并確定所拉制光纖的物理和光學(xué)性質(zhì)，迄今為止只能通過模擬或在理論上確定這些性質(zhì)。
為了更完全地理解本發(fā)明的特征，應(yīng)連同附圖參照以下的詳細(xì)說明，所述附圖不是按比例的，其中

圖1是作為本發(fā)明主題的溫度記錄傳感器和處理器裝置的框圖；圖2是帶有圖1所示的溫度記錄傳感器和處理器裝置的光纖拉制爐的圖；圖3是圖1和2所示溫度記錄傳感器12的放大圖；圖4是圖1和2所示溫度記錄曲線處理器的框圖。
圖1基本發(fā)明圖1示出了總體上用標(biāo)號(hào)10表示的用于光纖拉制爐(圖2)的溫度記錄傳感器和處理器裝置，它具有溫度記錄傳感器12以及溫度記錄曲線處理器14。
溫度記錄傳感器12對(duì)輻射自光纖F的紅外能量響應(yīng)，以便提供溫度記錄傳感器信號(hào)，該信號(hào)包含有與輻射自光纖F的紅外能量有關(guān)的信息。
溫度記錄曲線處理器14對(duì)上述溫度記錄傳感器信號(hào)響應(yīng)，以便提供溫度記錄曲線處理器信號(hào)，該信號(hào)包含有與光纖F所發(fā)出的熱量變化的溫度記錄曲線有關(guān)的信息。所述溫度記錄曲線包括在光纖寬度上或沿光纖長(zhǎng)度發(fā)出的熱量的變化。正如所示出并且以下將詳細(xì)說明的那樣，所述溫度記錄曲線處理器信號(hào)可以包含對(duì)光纖拉制爐的溫度進(jìn)行控制的信息或?qū)挠柚瓢糁欣龉饫w的速度進(jìn)行控制的信息或者包含有這兩種信息。
換一種方式，可將與光纖F的溫度記錄曲線有關(guān)的信息經(jīng)由溫度記錄曲線處理器信號(hào)傳給光纖拉制爐中諸如爐溫控制器或光纖拉制速度控制器之類的另一個(gè)組件，以便為生成一個(gè)或多個(gè)光纖拉制爐控制信號(hào)進(jìn)行處理。本發(fā)明的范圍并不局限于在哪里或如何處理光纖的溫度記錄曲線以確定一個(gè)或多個(gè)光纖拉制爐控制信號(hào)。
圖2光纖拉制爐100圖2示出了總體上用標(biāo)號(hào)100表示的光纖拉制爐，它具有圖1所示的溫度記錄傳感器12以及溫度記錄曲線處理器14。
此外，光纖拉制爐100還具有予制棒102，它設(shè)置在予制棒卡具104以及一予制棒下降和提升裝置105內(nèi)；爐加熱器106，它用于對(duì)予制棒102進(jìn)行加熱；卷筒108，它用于拉制石英光纖F；卷軸110，它用于卷繞光纖F；溫度控制器112，它用于對(duì)爐加熱器106進(jìn)行控制；速度控制器116，它用于對(duì)卷筒108和卷軸110進(jìn)行控制；以及顯示終端118，它用于顯示與光纖拉制爐100的操作有關(guān)的控制信息。光纖拉制爐100的這些組件在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的，本發(fā)明的范圍并不局限于這些組件的特定類型。
在操作過程中，爐加熱器106對(duì)來自溫度控制器112的爐加熱器控制信號(hào)響應(yīng)，以便對(duì)予制棒102進(jìn)行加熱。卷筒108和卷軸110對(duì)來自速度控制器116的速度控制器信號(hào)響應(yīng)，以便按給定的速度從予制棒102中拉出光纖F。紅外溫度記錄傳感器12對(duì)輻射自從予制棒102中拉出的光纖F的紅外能量響應(yīng)，以便提供紅外溫度記錄傳感器信號(hào)，該信號(hào)包含與輻射自光纖F的紅外能量有關(guān)的信息。溫度記錄曲線處理器14對(duì)來自溫度記錄傳感器12的紅外溫度記錄傳感器信號(hào)響應(yīng)，以便提供溫度記錄曲線處理器信號(hào)，該信號(hào)包含對(duì)光纖拉制爐106的溫度以及卷筒108和卷軸110從予制棒102中拉出光纖F的給定速度進(jìn)行控制的信息。爐加熱器溫度控制器112對(duì)來自溫度記錄曲線處理器14的溫度記錄曲線處理器信號(hào)響應(yīng)，以便將爐加熱器控制信號(hào)提供給爐加熱器106，從而控制爐加熱器106對(duì)予制棒102進(jìn)行加熱的溫度。速度控制器116對(duì)來自溫度記錄曲線處理器14的溫度記錄曲線處理器信號(hào)響應(yīng)，以便將速度控制器信號(hào)提供給卷筒108和卷軸110，從而對(duì)卷筒108和卷軸110從予制棒102中拉出光纖F和卷繞光纖F的速度進(jìn)行控制。
圖3溫度記錄傳感器12圖3更詳細(xì)地示出了溫度記錄傳感器12。溫度記錄傳感器12包括透鏡200、一個(gè)或多個(gè)濾波器202以及傳感器204。
透鏡200和紅外傳感器204聚焦并傳感輻射自石英光纖F的在8-12微米范圍內(nèi)的紅外能量。透鏡200和紅外傳感器204在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的并且可在市場(chǎng)上很容易買得到。如圖所示，紅外傳感器204具有一傳感表面206，它用于傳感紅外能量。
紅外濾波器202濾掉輻射自石英光纖F的在8-12微米范圍之外的紅外能量。紅外濾波器202濾掉包括來自光纖拉制爐室的光線以及反射自爐內(nèi)的光線在內(nèi)的背景和其它非預(yù)定的表面光(輻射)從而只檢測(cè)來自光纖F的紅外輻射。濾波器202在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的并且可在市場(chǎng)上很容易買得到。本發(fā)明的范圍并不局限于透鏡200和濾波器202的任何特定次序。可以想象出這樣的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，濾波器位于第一位，而透鏡則設(shè)置在濾波器與傳感器之間。
石英光纖F一般具有在500至2000攝氏度范圍內(nèi)的溫度。所述溫度記錄傳感器信號(hào)包含與輻射自光纖F的溫度在500至2000攝氏度范圍內(nèi)的紅外能量有關(guān)的信息。
圖4溫度記錄曲線處理器14溫度記錄曲線處理器14可包括總體上如圖4所示的基于微處理器的電路，它包括由中央處理器(微處理器)302、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器304、只讀存儲(chǔ)器306、輸入/輸出設(shè)備308構(gòu)成的組合體以及用于將該組合體連接起來的總體上用標(biāo)號(hào)310、312、314來表示的地址、控制和數(shù)據(jù)總線。以示例的方式示出了圖4中的基于微處理器的電路，本發(fā)明的范圍并不局限于基于微處理器的電路的任何特定結(jié)構(gòu)。本發(fā)明并不局限于溫度記錄曲線處理器14的任何特定的實(shí)現(xiàn)形式或用于實(shí)施這種實(shí)現(xiàn)形式的硬件和軟件的組合?？紤]下述更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能用硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)溫度記錄曲線處理器14。
本發(fā)明的范圍因此，本發(fā)明包括了下文所述的結(jié)構(gòu)中將列舉出來的結(jié)構(gòu)的特征、元件的組合以及部件的排列。
所以，可以看出，能有效地達(dá)到上述目的以及從前述說明中看出的那些目的，由于在不脫離本發(fā)明范圍的情況下能在上述結(jié)構(gòu)中作出某些改變，所以，包含在上述說明書中或附圖中所示的所有內(nèi)容均可解釋為是說明性的，并且是沒有限制的。
權(quán)利要求
1.一種用于從予制棒拉出光纖的光纖拉制爐的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其包括一溫度記錄傳感器，它對(duì)輻射自光纖的紅外能量響應(yīng)，以便提供溫度記錄傳感器信號(hào)，該信號(hào)包含有與輻射自光纖的紅外能量有關(guān)的信息，以及一溫度記錄曲線處理器，它對(duì)上述溫度記錄傳感器的信號(hào)響應(yīng)，以便提供溫度記錄曲線處理器信號(hào)，該信號(hào)包含有與光纖所發(fā)出的熱量變化的溫度記錄曲線有關(guān)的信息。
2.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于所述光纖是石英玻璃；以及所述溫度記錄傳感器包括一紅外濾波器，它用于濾掉輻射自石英光纖的在8-12微米范圍之外的紅外能量。
3.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于所述光纖是石英玻璃；以及所述溫度記錄傳感器包括一紅外傳感器，它可傳感輻射自石英光纖的在8-12微米范圍之內(nèi)的紅外能量。
4.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于所述光纖是石英玻璃；以及所述溫度記錄傳感器包括一透鏡和紅外濾波器，它用于聚焦和濾掉輻射自石英光纖的在8-12微米范圍之外的紅外能量。
5.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于所述光纖是石英玻璃；所述石英光纖具有在500至2000攝氏度范圍內(nèi)的溫度，以及所述溫度記錄傳感器信號(hào)包含有與輻射自光纖的溫度范圍為500至2000攝氏度的紅外能量有關(guān)的信息。
6.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于，所述溫度記錄曲線包括在光纖寬度上發(fā)出的熱量的變化。
7.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于，所述溫度記錄曲線包括沿光纖長(zhǎng)度發(fā)出的熱量的變化。
8.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于，所述溫度記錄曲線包括在光纖寬度上和沿光纖長(zhǎng)度發(fā)出的熱量的變化。
9.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于，所述溫度記錄曲線處理器包括微處理器電路，它具有由微處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成的組合體以及用于將該組合體連接起來的地址、控制和數(shù)據(jù)總線。
10.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于，所述溫度記錄曲線處理器信號(hào)包含對(duì)光纖拉制爐的溫度進(jìn)行控制的信息。
11.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于，所述溫度記錄曲線處理器信號(hào)包含對(duì)從予制棒中拉出光纖的速度進(jìn)行控制的信息。
12.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于，所述光纖拉制爐還包括一爐溫控制器；以及，該爐溫控制器可對(duì)溫度記錄曲線處理器信號(hào)響應(yīng)，以便提供爐溫控制信號(hào)，從而控制光纖拉制爐的溫度。
13.如權(quán)利要求1的光纖溫度記錄傳感器和處理裝置，其特征在于，所述光纖拉制爐還包括一速度控制器；以及，該速度控制器可對(duì)溫度記錄曲線處理器信號(hào)響應(yīng)，以便提供速度控制器信號(hào)，從而控制卷筒和卷軸將光纖從予制棒中拉出的速度。
14.一種從石英予制棒中拉出光纖的光纖拉制爐，包括一爐加熱器，它可對(duì)爐加熱器控制信號(hào)響應(yīng)，以便對(duì)予制棒進(jìn)行加熱；一卷筒和卷軸，它可對(duì)速度控制信號(hào)響應(yīng)，以便按給定的速度從予制棒中拉出光纖；一紅外溫度記錄傳感器，它對(duì)輻射自從予制棒中拉出的光纖的紅外能量響應(yīng)，以便提供紅外溫度記錄傳感器信號(hào)，該信號(hào)包含與輻射自光纖的紅外能量有關(guān)的信息；一溫度記錄曲線處理器，它對(duì)紅外溫度記錄傳感器信號(hào)響應(yīng)，以便提供溫度記錄曲線處理器信號(hào)，該信號(hào)包含對(duì)光纖拉制爐的溫度以及卷筒和卷軸從予制棒中拉出光纖的給定速度進(jìn)行控制的信息；一爐加熱器控制器，它對(duì)溫度記錄曲線處理器信號(hào)響應(yīng)，以便提供爐加熱器控制信號(hào)，從而控制爐加熱器對(duì)予制棒進(jìn)行加熱的溫度；以及一速度控制器，它對(duì)溫度記錄曲線處理器信號(hào)響應(yīng)，以便提供控制信號(hào)，從而對(duì)卷筒和卷軸從予制棒中拉出光纖的速度進(jìn)行控制。
15.如權(quán)利要求14的光纖拉制爐，其特征在于所述光纖是石英玻璃；以及所述溫度記錄傳感器包括一紅外濾波器，它用于濾掉輻射自石英光纖的在8-12微米范圍之外的紅外能量。
16.如權(quán)利要求14的光纖拉制爐，其特征在于所述光纖是石英玻璃；以及所述溫度記錄傳感器包括一紅外傳感器，它可傳感輻射自石英光纖的在8-12微米范圍之內(nèi)的紅外能量。
17.如權(quán)利要求14的光纖拉制爐，其特征在于所述光纖是石英玻璃；以及所述溫度記錄傳感器還包括一透鏡和紅外傳感器，它用于聚焦和傳感輻射自石英光纖的在8-12微米范圍之內(nèi)的紅外能量。
18.如權(quán)利要求14的光纖拉制爐，其特征在于所述光纖是石英玻璃；所述石英光纖具有在500至2000攝氏度范圍內(nèi)的溫度；以及所述溫度記錄傳感器信號(hào)包含有與輻射自光纖的溫度在500至2000攝氏度范圍內(nèi)的紅外能量有關(guān)的信息。
19.如權(quán)利要求14的光纖拉制爐，其特征在于，所述溫度記錄曲線包括在光纖寬度上發(fā)出的熱量的變化。
20.如權(quán)利要求14的光纖拉制爐，其特征在于，所述溫度記錄曲線包括沿光纖長(zhǎng)度發(fā)出的熱量的變化。
21.如權(quán)利要求14的光纖拉制爐，其特征在于，所述溫度記錄曲線包括在光纖寬度上和沿光纖長(zhǎng)度發(fā)出的熱量的變化。
22.如權(quán)利要求14的光纖拉制爐，其特征在于，所述溫度記錄曲線處理器包括微處理器電路，它具有由微處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成的組合體以及用于將該組合體連接起來的地址、控制和數(shù)據(jù)總線。
23.一種光纖傳感器和處理器裝置，包括一溫度記錄傳感器，它對(duì)輻射自從予制棒中拉出的光纖的能量響應(yīng)，以便提供溫度記錄傳感器信號(hào)，該信號(hào)包含有與輻射自光纖的能量有關(guān)的信息；以及一溫度記錄曲線處理器，它對(duì)上述溫度記錄傳感器的信號(hào)響應(yīng)，以便提供溫度記錄曲線處理器信號(hào)，該信號(hào)包含有與在光纖寬度上和沿光纖長(zhǎng)度發(fā)出的熱量變化的溫度記錄曲線有關(guān)的信息。
24.如權(quán)利要求23的光纖傳感器和處理裝置，其特征在于所述光纖是石英玻璃；以及所述溫度記錄傳感器包括一紅外濾波器，它用于濾掉輻射自石英光纖的在8-12微米范圍之外的紅外能量。
25.如權(quán)利要求23的光纖拉制爐，其特征在于，所述溫度記錄曲線處理器包括微處理器電路，它具有由微處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成的組合體以及用于將該組合體連接起來的地址、控制和數(shù)據(jù)總線。
全文摘要
一種用于從預(yù)制棒中拉出光纖的光纖拉制爐,具有一溫度記錄傳感器以及一溫度記錄曲線處理器。所述溫度記錄傳感器可對(duì)輻射自光纖的紅外能量響應(yīng),以便提供溫度記錄傳感器信號(hào)。所述溫度記錄曲線處理器對(duì)上述溫度記錄傳感器的信號(hào)響應(yīng),以便提供溫度記錄曲線處理器信號(hào)。光纖一般是石英玻璃。所述溫度記錄傳感器包括一紅外濾波器和透鏡組合體。所述溫度記錄傳感器還包括一透鏡和紅外傳感器。
文檔編號(hào)C03B37/029GK1285506SQ99123528
公開日2001年2月28日 申請(qǐng)日期1999年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月20日
發(fā)明者丹尼爾·D·烏姆 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾公司