本實(shí)用新型涉及一種光纖制造領(lǐng)域，特別涉及一種超低損耗光纖生產(chǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光纖強(qiáng)度是超低損耗光纖關(guān)鍵指標(biāo)之一，主要體現(xiàn)在篩選應(yīng)變上，普通光纖的應(yīng)變一般在1%左右來(lái)應(yīng)對(duì)來(lái)自敷設(shè)和熱脹冷縮引起的張力，而超低損耗光纖應(yīng)用在超長(zhǎng)距離光通訊鏈路中，常常需要跨越戈壁、深海等惡劣環(huán)境，從考慮敷設(shè)或環(huán)境溫度變化時(shí)，所受到的張力相比于普通光纜更大，綜合考慮《深海光纜》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、敷設(shè)難度和使用壽命等方面，本項(xiàng)目小組希望超低損耗光纖的應(yīng)變達(dá)到2%甚至以上，能夠完全滿足光纖成纜和敷設(shè)的需要。

光纖的強(qiáng)度主要取決于裸光纖表面的微裂紋。光纖中為微裂紋主要來(lái)自拉絲爐內(nèi)的雜質(zhì)粒子。雜質(zhì)粒子附著在光纖表面，在冷卻過(guò)程中，形成裂紋和應(yīng)力集中，光纖表面裂紋受大氣環(huán)境中水分子作用而逐漸侵蝕，導(dǎo)致硅氧四面體結(jié)構(gòu)被破壞，硅氧鍵的斷裂會(huì)擴(kuò)大微裂紋的范圍，影響光纖強(qiáng)度。

拉絲爐長(zhǎng)期工作后，爐內(nèi)石墨件表面發(fā)生少量氧化使拉絲爐爐體表面變得粗糙，預(yù)制棒在高溫下產(chǎn)生少量二氧化硅升華與拉絲爐爐體內(nèi)表面反應(yīng)生成堅(jiān)硬的碳化硅微粒，并隨爐內(nèi)氣流的影響在爐內(nèi)漂浮。減少光纖拉絲爐內(nèi)灰塵對(duì)光纖的影響。

光纖衰減系數(shù)除了受限于預(yù)制棒的制造過(guò)程，同時(shí)也受石英玻璃假想溫度的影響。當(dāng)石英光纖從軟化溫度降低到假想溫度時(shí)，石英玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)向平衡態(tài)轉(zhuǎn)化。當(dāng)石英溫度低于假想溫度后，光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)就被定型，很難再改變。如果光纖在到達(dá)假想溫度時(shí)沒(méi)有充分釋放內(nèi)應(yīng)力，那么光纖由密度不均造成的瑞利散射則會(huì)顯著影響光纖的衰減系數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超低損耗光纖拉絲退火系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種超低損耗光纖生產(chǎn)系統(tǒng)，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：包括拉絲裝置、退火裝置、涂覆固化裝置以及控制單元A；

所述拉絲裝置為拉絲爐，所述拉絲爐自上而下包括同軸設(shè)置的爐頂氣盤(pán)、拉絲爐爐體以及下端退火管，所述爐頂氣盤(pán)為豎直設(shè)置的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其側(cè)壁上具有若干圈環(huán)布的進(jìn)氣孔，所述拉絲爐爐體為一柱體，其內(nèi)部具有容納預(yù)制棒加熱拉絲的中空孔，所述退火管設(shè)置在拉絲爐爐體下端；該拉絲爐電連接在控制單元A上；

所述退火裝置為保溫退火爐，所述退火保溫爐具有上下同軸設(shè)置的兩個(gè)，其內(nèi)部皆包括上下兩組獨(dú)立的加熱元件，且兩組加熱元件分別由獨(dú)立電源控制線控制，并與控制單元A電連接；

所述涂覆固化裝置包括依次設(shè)置的涂覆機(jī)和紫外光固化爐，所述紫外光固化爐上設(shè)置有抽風(fēng)系統(tǒng)，所述抽風(fēng)系統(tǒng)包括抽風(fēng)管道、檢測(cè)裝置以及控制單元B,所述檢測(cè)裝置包括安裝在紫外光固化爐中的溫度探測(cè)儀、安裝在固化抽風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)速檢測(cè)儀以及自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，所述控制單元B與檢測(cè)裝置電連接。

進(jìn)一步的，所述爐頂氣盤(pán)側(cè)面上具有一路或者兩路向下送風(fēng)的進(jìn)氣孔。

進(jìn)一步的，所述爐頂氣盤(pán)側(cè)面上具有若干平行設(shè)置的進(jìn)氣孔，其送風(fēng)風(fēng)向與豎直方向呈15~45°夾角。

進(jìn)一步的，所述加熱元件長(zhǎng)0.5~1m，兩組加熱元件之間的距離為50~100mm。

進(jìn)一步的，所述紫外光固化爐至少設(shè)置有 1 臺(tái)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）拉絲爐爐頂氣盤(pán)上設(shè)置有多路進(jìn)氣孔，豎直向下的進(jìn)氣孔可以防止拉絲爐爐體內(nèi)壁沾染附著爐灰，傾斜設(shè)置的進(jìn)氣孔可以阻隔爐灰在光纖表面附著，在冷卻過(guò)程中形成裂紋和應(yīng)力集中；將保溫退火爐原先的單一發(fā)熱元件改為獨(dú)立的上下兩組加熱元件，并且通過(guò)獨(dú)立電源控制線對(duì)其分別進(jìn)行控制。并通過(guò)數(shù)據(jù)線與拉絲爐相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，紫外光固化爐可以在線監(jiān)控抽風(fēng)情況，并且自動(dòng)進(jìn)行抽風(fēng)調(diào)節(jié)。

（2）設(shè)置合適的加熱元件長(zhǎng)度和加熱元件之間的距離，每個(gè)加熱元件皆獨(dú)立控制，達(dá)到保溫退火爐內(nèi)的全覆蓋，保證在工作時(shí)各個(gè)位置實(shí)際溫度與設(shè)置溫度相同。

（3）采用該系統(tǒng)生產(chǎn)超低損耗光纖，多路進(jìn)氣孔的設(shè)計(jì)，不但可以有效阻止?fàn)t灰在光纖表面附著，影響光纖質(zhì)量，而且可以避免爐體內(nèi)壁積累爐灰，影響后續(xù)的光纖生產(chǎn)。

（4）由于預(yù)制棒的形態(tài)存在差別，在拉絲爐內(nèi)的各參數(shù)會(huì)發(fā)生一些變化，控制單元A能夠根據(jù)變化及時(shí)調(diào)整加熱元件的溫度，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一種超低損耗光纖生產(chǎn)系統(tǒng)的拉絲爐示意圖。

圖2為本實(shí)用新型一種超低損耗光纖生產(chǎn)系統(tǒng)的退火保溫爐示意圖。

具體實(shí)施方式

超低損耗光纖是未來(lái)大容量光通訊發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是我國(guó)推行“一帶一路”、“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)400G超高速帶寬的重要媒介。為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，順應(yīng)光通訊發(fā)展趨勢(shì)，打破超低損耗光纖的國(guó)外技術(shù)壟斷，推動(dòng)我國(guó)海底長(zhǎng)距離光纜、陸地長(zhǎng)距離骨干網(wǎng)絡(luò)通訊的發(fā)展，需要對(duì)超低損耗光纖產(chǎn)品及其產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)進(jìn)行了研究。

超低損耗光纖由丙烯酸酯內(nèi)外涂層、摻氟包層和純硅芯層組成。下表列出其中兩種型號(hào)的光纖的主要技術(shù)指標(biāo)：

光纖強(qiáng)度是超低損耗光纖關(guān)鍵指標(biāo)之一，主要體現(xiàn)在篩選應(yīng)變上，普通光纖的應(yīng)變一般在1%左右來(lái)應(yīng)對(duì)來(lái)自敷設(shè)和熱脹冷縮引起的張力，而超低損耗光纖應(yīng)用在超長(zhǎng)距離光通訊鏈路中，常常需要跨越戈壁、深海等惡劣環(huán)境，從考慮敷設(shè)或環(huán)境溫度變化時(shí)，所受到的張力相比于普通光纜更大，綜合考慮《深海光纜》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、敷設(shè)難度和使用壽命等方面，超低損耗光纖的應(yīng)變達(dá)到2%甚至以上，能夠完全滿足光纖成纜和敷設(shè)的需要。

光纖的強(qiáng)度主要取決于裸光纖表面的微裂紋。光纖中為微裂紋主要來(lái)自拉絲爐內(nèi)的雜質(zhì)粒子。雜質(zhì)粒子附著在光纖表面，在冷卻過(guò)程中，形成裂紋和應(yīng)力集中，光纖表面裂紋受大氣環(huán)境中水分子作用而逐漸侵蝕，導(dǎo)致硅氧四面體結(jié)構(gòu)被破壞，硅氧鍵的斷裂會(huì)擴(kuò)大微裂紋的范圍，影響光纖強(qiáng)度。

拉絲爐長(zhǎng)期工作后，爐內(nèi)石墨件表面發(fā)生少量氧化使石墨件表面變得粗糙，預(yù)制棒在高溫下產(chǎn)生少量二氧化硅升華與石墨件表面反應(yīng)生成堅(jiān)硬的碳化硅微粒，并隨爐內(nèi)氣流的影響在爐內(nèi)漂浮。拉絲爐爐體上端為爐頂氣盤(pán)，下端為退火管，常規(guī)光纖拉絲爐惰性氣體進(jìn)氣方式一般為上部平吹進(jìn)氣，惰性氣體通過(guò)層流的方式自上而下通過(guò)拉絲爐內(nèi)部進(jìn)入退火管，這種進(jìn)氣方法的優(yōu)點(diǎn)在于平緩的氣流不會(huì)在引起拉絲爐內(nèi)氣流擾動(dòng)，使?fàn)t灰沉積于石墨件內(nèi)壁，減少爐灰與光纖接觸的幾率，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的拉絲生產(chǎn)，石墨件內(nèi)壁的爐灰積累到一定程度，其在高溫?cái)U(kuò)散的影響下將會(huì)對(duì)光纖造成嚴(yán)重的影響導(dǎo)致拉絲中途強(qiáng)度驟變，影響光纖的質(zhì)量和石墨件的使用壽命。

光纖衰減系數(shù)除了受限于預(yù)制棒的制造過(guò)程，同時(shí)也受石英玻璃假想溫度的影響。當(dāng)石英光纖從軟化溫度降低到假想溫度時(shí)，石英玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)向平衡態(tài)轉(zhuǎn)化。當(dāng)石英溫度低于假想溫度后，光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)就被定型，很難再改變。如果光纖在到達(dá)假想溫度時(shí)沒(méi)有充分釋放內(nèi)應(yīng)力，那么光纖由密度不均造成的瑞利散射則會(huì)顯著影響光纖的衰減系數(shù)。退火工藝的影響光纖的內(nèi)應(yīng)力，但是目前的退火爐內(nèi)溫度不均，容易造成光纖內(nèi)應(yīng)力釋放不完全。

現(xiàn)有的光纖涂覆固化系統(tǒng)中，固化爐內(nèi)一般要使用抽風(fēng)系統(tǒng)，一方面降低紫外光固化爐內(nèi)溫度，延長(zhǎng)紫外光固化爐壽命，另一方面抽取光纖表面涂層固化揮發(fā)物，提高光纖加工質(zhì)量；同時(shí)，抽走有害氣體，避免揮發(fā)物污染周圍環(huán)境和造成人身危害，但同時(shí)抽風(fēng)流量太大或太小又會(huì)影響光纖的固化效果，一般抽風(fēng)流量都是在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

當(dāng)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一方面抽風(fēng)管道在長(zhǎng)時(shí)間的使用中容易堵塞，抽風(fēng)量會(huì)減小，必須在停爐期間通過(guò)人工定期對(duì)抽風(fēng)流量進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整，以保證正常使用的流量；另一方面，如果抽風(fēng)流量調(diào)節(jié)太大或太小，則會(huì)影響光纖的固化效果。原有的固化工藝需要人工進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，人為因素較多；另一方面光纖生產(chǎn)中途涂覆固化出現(xiàn)問(wèn)題，必須強(qiáng)制終止生產(chǎn)才可以進(jìn)行監(jiān)控調(diào)節(jié)，正常生產(chǎn)時(shí)，無(wú)法監(jiān)控抽風(fēng)實(shí)際流量。

在超低損耗光纖的制造過(guò)程中，使用超低損耗光纖拉絲退火系統(tǒng)進(jìn)行制備，預(yù)制棒從拉絲爐爐頂進(jìn)入拉絲爐，拉絲爐爐體內(nèi)部的溫度為2000~2200℃，預(yù)制棒在拉絲爐爐體內(nèi)熔融拉絲，牽引速度為（大于2000m/min，如圖1所示，拉絲爐上的爐頂氣盤(pán)1上的進(jìn)氣孔2供應(yīng)惰性氣體進(jìn)入拉絲爐爐體3；風(fēng)向傾斜向下的進(jìn)風(fēng)孔能減小爐灰與光纖接觸的幾率，這樣的進(jìn)風(fēng)孔具有平行設(shè)置的若干個(gè)，送風(fēng)風(fēng)向與豎直方向呈15~45°夾角；風(fēng)向豎直向下的進(jìn)氣孔，吹掃拉絲爐爐體5內(nèi)壁，防止?fàn)t灰沉積在拉絲爐爐體3內(nèi)；退火管4中采用多孔分散式排氣方式，漏斗形的設(shè)計(jì)有效防止?fàn)t灰沉積影響光纖強(qiáng)度，排出的爐灰通過(guò)軟管連接至爐灰回收裝置；光纖在退火管4出口溫度為1730°；光纖進(jìn)入保溫退火爐，保溫退火爐中的每個(gè)加熱元件由控制單元獨(dú)立控制，形成800~1200℃的梯度溫場(chǎng)。

光纖的散射損耗是光纖損耗的最大原因。光纖散射最重要的部分就是瑞利散射。瑞利散射是由光纖材料中折射率的微小不均勻所造成的，可知，由密度不均勻所產(chǎn)生的瑞利散射主要是由折射率n、假想溫度Tf和等溫壓縮率βT所決定。這三個(gè)因素都受拉絲過(guò)程的影響。等溫壓縮率的大小與溫度密切相關(guān)。當(dāng)光纖溫度高于假想溫度時(shí)，玻璃粘度相對(duì)較小，低于10MPa 的應(yīng)力就能夠造成玻璃的密度改變；而當(dāng)光纖溫度低于假想溫度時(shí)，需高達(dá)2000MPa 的應(yīng)力才能影響玻璃的密度。因此，等溫壓縮率對(duì)瑞利散射的影響依賴于假想溫度，光纖的假想溫度主要由玻璃粘度和冷卻速度所決定。對(duì)于光纖生產(chǎn)而言，玻璃的種類和粘度都已確定，則假想溫度主要由光纖的冷卻速度所決定，可知，光纖在固定拉絲速度下的實(shí)際溫度和降溫速率。通過(guò)加入保溫退火爐溫場(chǎng)，控制光纖出退火保溫爐時(shí)的實(shí)際溫度，保證光纖溫度在1000℃以上，使光纖充分釋放內(nèi)應(yīng)力。光纖降溫速率隨保溫爐溫場(chǎng)溫度的升高而下降，當(dāng)降溫速率在5000k/s以下時(shí)，光纖內(nèi)應(yīng)力能夠完全釋放，消除由密度不均產(chǎn)生的瑞利散射達(dá)到降低光纖衰減的目的，同時(shí)如果保溫溫場(chǎng)設(shè)置過(guò)高，光纖出口溫度高于1200℃進(jìn)入環(huán)境時(shí)，有可能導(dǎo)致光纖包層受溫度突變、而芯層仍然保持高溫，容易導(dǎo)致內(nèi)外在此產(chǎn)生應(yīng)力，影響光纖衰減。另外過(guò)高的光纖出口溫度使光纖冷卻需要更大的能耗和冷卻氦氣，提高了光纖成本，因此將保溫溫場(chǎng)設(shè)置為800-1200℃。

由于采用不規(guī)則超低損耗大有小面積光纖預(yù)制棒拉絲，在拉絲爐內(nèi)控制光纖熔融溫度時(shí)加熱溫度會(huì)有適當(dāng)微調(diào)，使光纖出退火管溫度發(fā)生變化，此時(shí)需要設(shè)置合適的退火保溫場(chǎng)溫度來(lái)配合光纖出爐溫度。光纖進(jìn)入保溫退火爐，如圖2所示，保溫退火爐5具有上下設(shè)置的兩個(gè)，每個(gè)保溫退火爐5內(nèi)具有兩個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)的加熱元件6，加熱元,6由控制單元獨(dú)立控制,各加熱元件6的溫度控制子在900~1300℃，且加熱元件6的溫度自動(dòng)反饋給控制單元；形成800~1200℃的梯度溫場(chǎng)，光纖在保溫退火爐內(nèi)逐漸降溫，基本釋放內(nèi)應(yīng)力；該關(guān)鍵技術(shù)利用數(shù)據(jù)線連接保溫爐電源和拉絲機(jī)主控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)保溫爐溫度遠(yuǎn)程控制，同時(shí)，結(jié)合實(shí)時(shí)爐溫、實(shí)時(shí)拉絲速度和恒定的降溫速率，計(jì)算保溫爐合適溫度進(jìn)行自動(dòng)微調(diào)控制。實(shí)現(xiàn)恒定的光纖退火最優(yōu)溫度。

光纖進(jìn)入紫外光固化爐，一般生產(chǎn)環(huán)境溫度20~28℃，環(huán)境濕度40~60%，紫外光固化爐功率控制在70~95%，紫外光固化爐內(nèi)使用抽風(fēng)系統(tǒng)，抽風(fēng)系統(tǒng)包括抽風(fēng)管道、檢測(cè)裝置以及控制單元B,檢測(cè)裝置包括安裝在紫外光固化爐中的溫度探測(cè)儀、安裝在固化抽風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)速檢測(cè)儀以及自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，控制單元B與檢測(cè)裝置電連接；將光纖表面涂層固化揮發(fā)物抽出，并抽走有害氣體，溫度探測(cè)儀檢測(cè)到紫外光固化爐內(nèi)的溫度，同時(shí)將溫度反饋至控制單元B，固化抽風(fēng)管道中的風(fēng)速檢測(cè)儀檢測(cè)到的風(fēng)速流量也反饋至控制單元B，如果紫外光固化爐內(nèi)溫度及固化抽風(fēng)管道中的風(fēng)速流量全部在設(shè)定范圍內(nèi)，則光纖正常生產(chǎn)。如果反饋至控制單元B的紫外光固化爐內(nèi)的溫度波動(dòng)，且固化抽風(fēng)管道中的風(fēng)速流量也產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的波動(dòng)，則控制單元B 將控制調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，改變抽風(fēng)效果，若調(diào)節(jié)無(wú)效，或波動(dòng)異常，則對(duì)外提示對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)維修。

紫外光固化爐抽風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)后：1、可以通過(guò)在線監(jiān)控紫外光固化爐的抽風(fēng)情況；2、通過(guò)在線監(jiān)控紫外光固化爐的抽風(fēng)，可以判斷光纖的固化效果，通過(guò)光纖的固化質(zhì)量，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)固化抽風(fēng)；3、通過(guò)紫外光固化爐內(nèi)的溫度監(jiān)控，與抽風(fēng)調(diào)節(jié)，可以增加紫外光固化爐壽命；4、充分滿足光纖拉絲過(guò)程中的紫外光固化爐揮發(fā)物的去除，增加光纖質(zhì)量。

固化后的光纖經(jīng)過(guò)篩選工序，即可完成加工。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。