本發(fā)明屬于特種光纖，具體涉及一種特種光纖拉絲塔。

背景技術(shù)：

1、光纖作為一種微米級(jí)尺寸的光波導(dǎo)，一般由玻璃等材料在高溫下拉絲獲得。因此，拉絲塔和拉絲工藝決定了成品光纖的質(zhì)量，包括光纖均勻性、不圓度、芯包同心度、芯包界面結(jié)合度和光纖連續(xù)性等。

2、拉絲過程中，拉絲塔的溫場(chǎng)分布直接決定了光纖預(yù)制棒軟化后拉絲錐區(qū)的力學(xué)平衡狀態(tài)。比如，當(dāng)預(yù)制棒周圍環(huán)形溫場(chǎng)不均勻時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致光纖不圓度增加、光纖絲徑不均等問題；當(dāng)預(yù)制棒縱向溫場(chǎng)高度與預(yù)制棒直徑不匹配時(shí)，易導(dǎo)致光纖拉制過程斷絲、光纖絲徑難以控制等問題。對(duì)于傳統(tǒng)商用石英光纖，其預(yù)制棒通常采用cvd（化學(xué)氣相沉積）法沉積制備，預(yù)制棒材料和尺寸較為固定，拉絲過程由石墨拉絲爐配合高速拉絲塔完成，其拉絲工藝及生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)均已較為成熟，具有一定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)高速拉絲塔即可滿足需求（授權(quán)公告號(hào)：cn210314013u）。然而，對(duì)于特種光纖，由于其特殊的材料組成或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，常規(guī)的拉絲塔往往難以滿足其拉制需求。

3、特種光纖是指除常規(guī)石英光纖以外，具有其它特殊功能或應(yīng)用于特殊環(huán)境的各類光纖。按光纖基質(zhì)材料可分為特種軟玻璃光纖、半導(dǎo)體復(fù)合光纖、晶體復(fù)合光纖、陶瓷復(fù)合光纖和塑料光纖等。對(duì)于特種光纖，其制備方法一般為棒管法；并且對(duì)于不同光纖基質(zhì)材料，其預(yù)制棒尺寸往往差別較大，拉絲所需溫場(chǎng)也存在較大區(qū)別。例如，從塑料光纖到特種軟玻璃光纖再到石英玻璃光纖，其拉絲溫度可相差1900?℃以上（100?~?2000?℃），溫場(chǎng)分布也因預(yù)制棒尺寸須做出較大調(diào)整。顯然對(duì)于不同尺寸和熱學(xué)特性的特種材料預(yù)制棒，其拉絲工藝對(duì)于拉絲塔的熱工制度要求存在較大區(qū)別。因此，常規(guī)的拉絲塔難以滿足特種光纖的拉制需求，面對(duì)不同的特種光纖預(yù)制棒易造成光纖不均勻、光纖結(jié)構(gòu)破壞、光纖析晶和斷絲等結(jié)果，嚴(yán)重浪費(fèi)特種預(yù)制棒，造成較大損失。

4、當(dāng)前，常規(guī)光纖拉絲塔的加熱裝置為一體化組件，在面對(duì)不同基質(zhì)材料、不同尺寸和不同熱學(xué)特性的特種材料預(yù)制棒時(shí)，拉絲塔的加熱裝置無法快速調(diào)整并優(yōu)化其溫場(chǎng)；如果溫場(chǎng)分布與預(yù)制棒特性不匹配，則易造成光纖不圓、光纖不均勻或光纖斷絲等后果。因此，需設(shè)計(jì)一種可快速調(diào)節(jié)拉絲塔加熱裝置熱工特性，適用于多種特種預(yù)制棒的光纖拉絲塔；進(jìn)而提升特種光纖拉制成功率和光纖品質(zhì)。

5、進(jìn)一步地，根據(jù)光纖結(jié)構(gòu)特性，也可將光纖分為階躍型光纖和特種結(jié)構(gòu)復(fù)合光纖。特種結(jié)構(gòu)復(fù)合光纖按其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可分為多芯光纖、多包層光纖、光子晶體光纖、空心反諧振光纖和螺旋光纖等。對(duì)于多芯光纖、光子晶體光纖等不存在軸向結(jié)構(gòu)變化的常規(guī)特種結(jié)構(gòu)光纖，通過棒管法、集束拉絲法等方法即可直接實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高效制備。然而，對(duì)于具有周期性軸向扭轉(zhuǎn)特性的光纖，例如螺旋光纖，無法直接通過簡(jiǎn)單的熱拉法制備。當(dāng)前，螺旋光纖的制備方法，通常是基于已拉制成形的光纖，采用熱熔機(jī)械扭轉(zhuǎn)法制備（授權(quán)公告號(hào)：cn210477873u）；這種方式僅可分段制備螺旋光纖，效率較低，且需對(duì)光纖進(jìn)行二次加熱，易造成光纖析晶等損傷，無法高效長(zhǎng)距離地制備螺旋光纖。因此，同樣需設(shè)計(jì)一種可高效率、大批量制備特種螺旋光纖的特種拉絲塔。

6、綜上所述，為應(yīng)對(duì)當(dāng)前特種材料復(fù)合光纖、特種結(jié)構(gòu)復(fù)合光纖的復(fù)雜制備需求，亟須一種可快速調(diào)節(jié)拉絲塔溫場(chǎng)分布、可多維度調(diào)控預(yù)制棒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特種拉絲塔，從而實(shí)現(xiàn)高效大批量地制備特種光纖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明提供一種用于特種材料或結(jié)構(gòu)預(yù)制棒拉制的特種光纖拉絲塔，通過對(duì)特種光纖拉絲塔的加熱裝置進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)拉絲溫場(chǎng)分布的快速可控調(diào)整；進(jìn)一步通過預(yù)制棒懸掛系統(tǒng)對(duì)預(yù)制棒進(jìn)行多維度運(yùn)動(dòng)控制，以解決當(dāng)前特種材料復(fù)合和結(jié)構(gòu)復(fù)合光纖難以高效長(zhǎng)距離拉絲的問題。

2、本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。

3、一種特種光纖拉絲塔，包括：預(yù)制棒懸掛系統(tǒng)、特種拉絲爐、集成控制系統(tǒng)、絲徑控制系統(tǒng)、光纖涂覆系統(tǒng)和收絲系統(tǒng)；

4、所述預(yù)制棒懸掛系統(tǒng)、特種拉絲爐、絲徑控制系統(tǒng)、光纖涂覆系統(tǒng)和收絲系統(tǒng)為同一等級(jí)上的多個(gè)子系統(tǒng)；集成控制系統(tǒng)為高一級(jí)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，各子系統(tǒng)工作參數(shù)相互反饋后，集成控制系統(tǒng)基于運(yùn)行參數(shù)主動(dòng)或被動(dòng)地修正各子系統(tǒng)工作狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)拉絲塔的運(yùn)行；預(yù)制棒懸掛系統(tǒng)用于固定光纖預(yù)制棒并控制光纖預(yù)制棒實(shí)現(xiàn)多維度運(yùn)動(dòng)；特種拉絲爐用于使光纖預(yù)制棒軟化達(dá)到拉絲狀態(tài)；絲徑控制系統(tǒng)用于對(duì)經(jīng)過特種拉絲爐軟化后的光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲并控制絲徑粗細(xì)，得到所需規(guī)格的光纖；光纖涂覆系統(tǒng)用于對(duì)光纖進(jìn)行涂覆，收絲系統(tǒng)用于對(duì)光纖進(jìn)行涂覆和卷絲儲(chǔ)存。

5、進(jìn)一步地，所述預(yù)制棒懸掛系統(tǒng)包括垂直饋送電機(jī)、精密絲杠、懸掛臂、軸向扭轉(zhuǎn)電機(jī)、預(yù)制棒連接桿以及氣路接頭；

6、其中，垂直饋送電機(jī)和精密絲杠通過聯(lián)軸器緊密連接，垂直饋送電機(jī)可帶動(dòng)精密絲杠勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；懸掛臂一端與精密絲杠通過齒輪嚙合，另一端與軸向扭轉(zhuǎn)電機(jī)連接，精密絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)可控制懸掛臂勻速上下運(yùn)動(dòng)，懸掛臂為雙層結(jié)構(gòu)可前后左右雙向滑動(dòng)；軸向扭轉(zhuǎn)電機(jī)和預(yù)制棒連接桿通過法蘭緊密連接，軸向扭轉(zhuǎn)電機(jī)可帶動(dòng)預(yù)制棒連接桿同心軸向扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制光纖預(yù)制棒扭轉(zhuǎn)；預(yù)制棒連接桿與光纖預(yù)制棒的一端密封連接，從而固定光纖預(yù)制棒，預(yù)制棒連接桿內(nèi)部中空且與光纖預(yù)制棒的中空部分連通，光纖預(yù)制棒的另一端是密封的；氣路接頭一端與氣泵連接，另一端連接至預(yù)制棒連接桿的中空部分，進(jìn)而控制光纖預(yù)制棒內(nèi)部壓力的增減；以上多組件可同時(shí)控制光纖預(yù)制棒實(shí)現(xiàn)其多維度穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)；

7、預(yù)制棒懸掛系統(tǒng)的工作流程具體如下：

8、將光纖預(yù)制棒通過預(yù)制棒連接桿密封固定，并通過氣路接頭將預(yù)制棒連接桿與氣泵連接；通過垂直饋送電機(jī)與精密絲杠配合控制光纖預(yù)制棒實(shí)現(xiàn)z軸上下運(yùn)動(dòng)，通過懸掛臂控制光纖預(yù)制棒實(shí)現(xiàn)xy軸前后左右運(yùn)動(dòng)；通過軸向扭轉(zhuǎn)電機(jī)與預(yù)制棒連接桿配合控制光纖預(yù)制棒實(shí)現(xiàn)r軸扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；通過垂直饋送電機(jī)至氣路接頭的同時(shí)運(yùn)作，控制光纖預(yù)制棒實(shí)現(xiàn)xyzr四個(gè)維度運(yùn)動(dòng)，并調(diào)控光纖預(yù)制棒內(nèi)部空隙的氣壓收縮或膨脹。

9、進(jìn)一步地，所述特種拉絲爐包括：上爐口固定環(huán)、上部可開合密封腔蓋、爐殼、保溫層、可更換加熱體、加熱體支撐臺(tái)、下部密封腔蓋、下爐口固定環(huán)和氣氛系統(tǒng)；

10、其中，爐殼為特種拉絲爐主體，可更換加熱體貫穿于爐殼中心；爐殼和可更換加熱體之間填充保溫層；可更換加熱體下部嵌合固定于加熱體支撐臺(tái)；加熱體支撐臺(tái)外環(huán)面與保溫層內(nèi)環(huán)面相貼合，加熱體支撐臺(tái)的底面與下部密封腔蓋相貼合；下爐口固定環(huán)通過耐高溫螺栓緊密固定于下部密封腔蓋的下表面；氣氛系統(tǒng)位于下部密封腔蓋內(nèi)部，與外界氣體連接；上爐口固定環(huán)固定于上部可開合密封腔蓋，位于爐殼頂部與其貼合；

11、特種拉絲爐的工作流程具體如下：

12、首先，選擇匹配的可更換加熱體，開啟上部密封腔蓋插入可更換加熱體；

13、然后，開啟集成控制系統(tǒng)中的拉絲爐pid自整定功能，pid自整定功能可實(shí)現(xiàn)拉絲爐溫度控制精度的自動(dòng)校對(duì)與修正，是集成控制系統(tǒng)內(nèi)部軟件參數(shù)的自我修正；

14、隨后，通過氣氛系統(tǒng)向可更換加熱體內(nèi)充入保護(hù)氣體；

15、最后，設(shè)定升溫速率，可更換加熱體通電發(fā)熱，進(jìn)而特種拉絲爐開始工作升溫。

16、進(jìn)一步地，所述可更換加熱體包括保護(hù)外套管、高溫電阻型加熱材料和繞絲管；

17、可更換加熱體中，繞絲管位于中心，高溫電阻型加熱材料圍繞于繞絲管外側(cè)并與繞絲管緊密貼合，保護(hù)外套管位于高溫電阻型加熱材料外側(cè)；

18、保護(hù)外套管、高溫電阻型加熱材料和繞絲管為同軸結(jié)構(gòu)，組裝后可實(shí)現(xiàn)整體快速更換，調(diào)整特種拉絲爐的溫場(chǎng)分布。

19、進(jìn)一步地，所述高溫電阻型加熱材料為電阻型加熱材料，包括電熱絲、雙螺旋硅碳管或石墨；

20、根據(jù)不同的可更換加熱體，特種拉絲爐的工作溫度為100~2000?℃，其升溫速率為1~35℃/min；

21、電阻型加熱材料為電熱絲時(shí)，特種拉絲爐的工作溫度為100~900?℃；

22、電阻型加熱材料為雙螺旋硅碳管時(shí)，特種拉絲爐的工作溫度為800~1500?℃；

23、電阻型加熱材料為石墨時(shí)，特種拉絲爐的工作溫度為1400~2000?℃。

24、進(jìn)一步地，所述可更換加熱體的口徑為35~75?mm，適用于直徑10~60?mm的特種預(yù)制棒。

25、進(jìn)一步地，所述拉絲爐下部密封腔蓋的內(nèi)部設(shè)有氣氛系統(tǒng)，其中供氣管道朝向爐殼外部，與外界氣體連接，可將所需氣體由供氣管道引入，進(jìn)氣孔朝向可更換加熱體內(nèi)部，通過進(jìn)氣孔將氣體通入可更換加熱體內(nèi)部；

26、氣氛系統(tǒng)中，三個(gè)供氣管道呈120°角均勻分布于下部密封腔蓋內(nèi)部，進(jìn)氣孔共12個(gè)，呈30°角均勻分布于下部密封腔蓋內(nèi)環(huán)邊緣，進(jìn)氣孔直徑3?mm，圓心距離下部密封腔蓋內(nèi)環(huán)邊緣5mm。

27、進(jìn)一步地，絲徑控制系統(tǒng)包括裸纖絲徑儀和牽引電機(jī)；裸纖絲徑儀位于特種拉絲爐下方0.5~1m的位置，牽引電機(jī)位于裸纖絲徑儀下方；

28、絲徑控制系統(tǒng)的工作流程具體如下：

29、經(jīng)過特種拉絲爐加熱軟化后的光纖預(yù)制棒放置于牽引電機(jī)中，保持穩(wěn)定的送料速度和拉絲速度，形成穩(wěn)定拉絲狀態(tài)；集成控制系統(tǒng)調(diào)控牽引電機(jī)拉絲速度，并同時(shí)通過裸纖絲徑儀監(jiān)測(cè)裸纖絲徑，使得裸纖絲徑處于設(shè)定的范圍內(nèi)。

30、進(jìn)一步地，光纖涂覆系統(tǒng)包括：涂覆模具、uv固化裝置和涂覆光纖絲徑儀；涂覆模具位于裸纖絲徑儀下方，uv固化裝置位于涂覆模具下方，涂覆光纖絲徑儀位于uv固化裝置下方；整個(gè)光纖涂覆系統(tǒng)位于裸纖絲徑儀和牽引電機(jī)之間；

31、光纖涂覆系統(tǒng)的工作流程具體如下：

32、由絲徑控制系統(tǒng)制備得到的光纖進(jìn)入涂覆模具，使光纖表面被有機(jī)聚合物包裹；涂覆后的光纖通過uv固化裝置，在紫外線的照射下光纖表面涂覆層迅速固化，得到成品光纖；集成控制系統(tǒng)通過涂覆光纖絲徑儀監(jiān)測(cè)涂覆光纖直徑，測(cè)得涂覆層厚度。

33、進(jìn)一步地，所述收絲系統(tǒng)包括導(dǎo)向輪、牽引輪以及收絲滾筒；

34、收絲系統(tǒng)中，導(dǎo)向輪、牽引輪以及收絲滾筒采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)排列，工作流程具體如下：

35、將成品光纖通過導(dǎo)向輪改變方向，隨后通過牽引輪并與收絲滾筒連接，收絲滾筒將成品光纖卷絲并儲(chǔ)藏。

36、進(jìn)一步地，拉制螺旋光纖時(shí)，在拉絲溫度及速度穩(wěn)定后，通過軸向扭轉(zhuǎn)電機(jī)控制光纖預(yù)制棒實(shí)現(xiàn)r軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而可按需求拉制具有周期性扭轉(zhuǎn)特性的特種螺旋光纖。

37、本發(fā)明所述一種特種光纖拉絲塔，基于模塊化設(shè)計(jì)的特種拉絲爐，可自主選擇適當(dāng)?shù)募訜狍w，優(yōu)化拉絲溫場(chǎng)分布，可對(duì)特種材料復(fù)合光纖進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定的拉制工作；同時(shí)基于其預(yù)制棒懸掛系統(tǒng)，可控制預(yù)制棒xyzr多維度穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)特種結(jié)構(gòu)復(fù)合光纖的拉制。相較于傳統(tǒng)一體化拉絲塔，本發(fā)明所述特種光纖拉絲塔的拉絲溫場(chǎng)可根據(jù)預(yù)制棒特性調(diào)整，可更換加熱體更換快速；并且可實(shí)現(xiàn)螺旋光纖的長(zhǎng)距離高效拉制，有效地解決了特種材料復(fù)合光纖、特種結(jié)構(gòu)復(fù)合光纖或其它特種纖維拉絲困難的問題。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

39、（1）本發(fā)明所述特種光纖拉絲爐采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同特種預(yù)制棒的特性選擇與之匹配的加熱體，實(shí)現(xiàn)拉絲溫度、升溫速率和溫場(chǎng)分布范圍地準(zhǔn)確控制，對(duì)特種材料復(fù)合光纖進(jìn)行均勻、連續(xù)且高效的拉制。

40、（2）本發(fā)明所述預(yù)制棒懸掛系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)預(yù)制棒的多維度運(yùn)動(dòng)控制，包括水平、垂直和扭轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)特種結(jié)構(gòu)復(fù)合光纖的長(zhǎng)距離高效拉制。

41、（3）本發(fā)明所述特種玻璃光纖拉絲塔適用范圍廣，能夠兼容直徑10~60?mm的特種光纖預(yù)制棒；裸纖直徑80~250?μm，涂覆直徑100~350?μm的特種光纖；工作溫度包括100?~2000?℃。