专利名称：用于提供提高的uvled强度的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于固化拉制的玻璃纤维上的包层的设备和方法。
背景技术：
玻璃纤维通常利用一个或多个包层来保护免受外力侵害。通常，两层或更多包层在光线拉制处理期间(即，由此玻璃纤维在拉制塔中从光学预制品中拉制出来)被应用。较柔软的内包层通常有助于保护玻璃纤维免遭微弯。较硬的外包层通常用于提供附加的保护并且方便对玻璃纤维进行处理。例如使用热或者紫外(UV)光来对包层进行固化。UV固化要求被包覆的玻璃纤维暴露在高强度UV辐射中。通过将包层暴露在更高强度的UV辐射中可以缩短固化时间。降低固化时间尤其在允许提高光纤拉制线速度以及由此提高光纤产率方面颇为需要。水银灯(例如高压水银灯或水银氙灯)常被用来生成UV固化所需的UV辐射。使用水银灯的一个缺点在于水银灯要求大功率以生成足够强度的UV辐射。例如，用于固化单个被包覆纤维(即一个聚合体包层)的UV灯可能要求50千瓦的总体功耗。水银灯的另一个缺陷在于用于供给水银灯的大部分能量不是作为UV辐射而是作为热来发射。因此，水银灯必须被冷却(例如使用热交换器)以防止过热。此外，水银灯所产生的不期望的热可以降低光纤包层固化的速率。此外，水银灯生成宽频谱的电磁辐射，例如波长小于200纳米以及高于700纳米 (即红外光)的电磁辐射。通常，波长在约300纳米和400纳米之间的UV辐射对于UV包层的固化是有用的。因此，水银灯泡所产生的大量电磁辐射(例如百分之九十或更多)被浪费。此外，玻璃纤维通常具有125微米或更小的直径，这当然要比水银灯泡小很多。因此， 水银灯所发射的大部分UV辐射并不能到达玻璃纤维未固化的包层(即，能量被浪费)。因此，有益的是采用UVLED作为传统水银灯的一种备选方案来固化玻璃纤维包层。UVLED通常需要少得多的能量，并且相应地比传统UV灯产生少得多的热能。例如，在此通过参考整体引入的US专利号7，022，382 (Khudyakov等人)公开了使用UV激光(例如，连续或脉冲激光)来固化光纤包层。在此通过参考整体引入的US专利申请公开号2003/0026919 (Kojima等人)公开了使用紫外发光二极管(UVLED)来固化光纤包层。尽管效率是选择固化设备时一个重要的考虑因素，但还希望采用能够快速地固化光纤的固化设备。具体而言，希望采用能够对以商业拉制速度移动的光纤进行固化的固化设备。因此，需要一种固化设备，其能够以商业拉制速度进行操作，并且与采用水银灯传统固化设备相比以提高的效率操作。
发明内容
因此，在一个方面中，本发明提供一种UVLED设备，用于现场对光纤包层(例如，玻璃纤维上的光纤包层)进行固化。一种用于固化被包覆玻璃纤维的示例设备包括定义固化轴的腔室。定位于该腔室中的第一 UVLED阵列。第一 UVLED阵列包括UVLED源，其中的每个具有最大输出强度为 x (t)max和最小输出强度为xn(t)fflin的UV辐射的可变(例如振荡)输出xn (t)。每个UVLED 源的最大输出强度^(t)max大于通过以其各自的最大额定电流驱动每个UVLED源所能获得的强度。通常UVLED源中的至少两个具有彼此异相的UV辐射的振荡输出。在一个实施方式中，该设备包括能够调节UVLED源的振荡输出的强度和/或相位的控制器。在另一方面中，本发明包括一种用于对玻璃纤维上的包层进行固化的方法。具有不完全固化的包层的玻璃纤维以线速度Vf并且沿固化轴通过腔室，该固化轴由该腔室定义。定义第一 UVLED阵列的多个UVLED以大于UVLED源的最大额定电流的电流来驱动。每个UVLED源具有最大输出强度为i(t)max和最小输出强度为i(t)min的UV辐射的振荡输出 xn(t)。每个UVLED源的最大输出强度i(t)max大于在以其最大额定电流来驱动每个UVLED 源的情况下所能获得的强度。来自第一 UVLED阵列的UV辐射被发射(例如，发射到腔室中)以促进玻璃纤维包层的固化。在现场对光纤包层进行固化期间，第一 UVLED阵列通常定义规范化和xt。tal(t， vf)
权利要求
1.一种对玻璃纤维上的包层进行固化的方法，包括将具有不完全固化的包层的玻璃纤维以线速度Vf并沿着固化轴通过腔室，所述固化轴由所述腔室定义；驱动多个UVLED源，每个UVLED源由大于其最大额定电流的电流所驱动，其中所述 UVLED源定义第一 UVLED阵列，并且每个UVLED源具有最大输出强度为i(t)max和最小输出强度为l(t)min的UV辐射的振荡输出，每个UVLED源的所述最大输出强度i(t)max大于在每个所述UVLED源以其最大额定电流被驱动的情况下所能获得的强度；以及将来自所述第一 UVLED阵列的UV辐射发射到所述腔室中以提升所述包层的固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述包层随着所述玻璃纤维通过所述腔室而被均勻地固化。
3.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中所述第一UVLED阵列中的每个UVLED 源的输出定义脉冲串。
4.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中所述第一 UVLED阵列定义了规范化和xt。tal(t，vf)
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一 UVLED阵列中的每个UVLED源的所述输出、(t)定义占空比等于A/B的脉冲串；所述第一 UVLED阵列中的每个UVLED源具有基本相同的所述最大输出强度\(t)max和基本相同的所述最小输出强度l(t)min ；所述第一 UVLED阵列具有B个UVLED源；以及Xtotal(t, vf) A(xn(t)max+xn(t)min)。
6.根据权利要求4所述的方法，包括步骤响应于所述玻璃纤维的所述线速度Vf改变， 调节至少一个UVLED源的所述输出的相位，使得xt。tal (t,vf)对于给定线速度具有基本恒定的值。
7.根据前述权利要求任意一项所述的方法，包括响应于所述玻璃纤维的所述线速度Vf 增加而增加所述UVLED源的输出强度。
8.根据前述权利要求任意一项所述的方法，包括响应于所述玻璃纤维的所述线速度Vf 降低而降低所述UVLED源的输出强度。
9.根据前述权利要求任意一项所述的方法，包括驱动定义第二 UVLED阵列的多个UVLED源，所述第二 UVLED阵列中的每个UVLED源被大于其最大额定电流的电流所驱动，其中所述第二 UVLED阵列中的每个UVLED源具有最大输出强度为yn(t)max和最小输出强度为yn(t)min的UV辐射的振荡输出yn(t)，每个UVLED源的所述最大输出强度yn(t)max大于每个所述UVLED源以其最大额定电流被驱动的情况下所能获得的强度；并且其中，所述第二UVLED阵列中的至少一个UVLED源的所述最大输出强度y (t)max不同于所述第一 UVLED阵列中的至少一个UVLED源的所述最大输出强度xn(t)max ； 以及引导来自所述第二 UVLED阵列的UV辐射以提升所述包层的固化。
10.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中所述第一UVLED阵列中的每个UVLED 源以基本相同的电流驱动。
11.根据前述权利要求任意一项所述的方法，其中所述第一UVLED阵列中的每个UVLED 源的所述最大输出强度^ (t) _基本上相同。
12.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其中所述第一UVLED阵列中的至少两个 UVLED源以不同的电流驱动。
13.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其中对于所述第一UVLED阵列中的至少两个UVLED源，所述最大输出强度\ (t) _是不同的。
14.一种对玻璃纤维上的包层进行固化的方法，包括将具有不完全固化的包层的玻璃纤维以线速度Vf并且沿固化轴通过腔室，所述固化轴由所述腔室定义；从第一 UVLED阵列向所述腔室发射UV辐射以提升所述包层的固化，所述第一 UVLED阵列包括多个UVLED源，每个所述UVLED源发射最大输出强度为\(t)max和最小输出强度为 xn(t)min的UV辐射的振荡输出xn (t)；其中所述第一 UVLED阵列定义规范化和xt。tal(t，vf)
15.根据权利要求14的方法，其中所述包层随着所述玻璃纤维通过所述腔室而被均勻地固化。
16.根据权利要求14-15任意一项所述的方法，其中所述第一UVLED阵列中的每个 UVLED源的输出定义脉冲串。
17.根据权利要求14-16任意一项所述的方法，其中所述第一UVLED阵列中的每个 UVLED源以基本相同的电流驱动。
18.根据权利要求14-16任意一项所述的方法，其中所述第一UVLED阵列中的至少两个 UVLED源以不同的电流驱动。
19.根据权利要求14-18任意一项所述的方法，其中所述第一UVLED阵列中的每个 UVLED源的所述最大输出强度\(t)max基本上相同。
20.根据权利要求14-18任意一项所述的方法，其中对于所述第一UVLED阵列中的至少两个UVLED源，所述最大输出强度ι (t) _是不同的。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一 UVLED阵列中的每个UVLED源的所述输出、(t)定义占空比等于A/B的脉冲串；所述第一 UVLED阵列中的每个UVLED源具有基本相同的所述最大输出强度\(t)max和基本相同的所述最小输出强度l(t)min ；所述第一 UVLED阵列具有B个UVLED源；以及
22.根据权利要求14所述的方法，包括步骤响应于所述玻璃纤维的所述线速度Vf改变，调节至少一个UVLED源的所述输出的相位，使得^rtal (t，vf)对于给定线速度具有基本恒定的值。
23.根据权利要求14-22任意一项所述的方法，包括响应于所述玻璃纤维的线速度Vf 增加而增加所述UVLED源的输出强度。
24.根据权利要求14-23任意一项所述的方法，包括响应于所述玻璃纤维的线速度Vf 降低而降低所述UVLED源的输出强度。
25.根据权利要求14所述的方法，包括步骤以大于所述第一 UVLED阵列中的UVLED源的最大额定电流的电流来驱动所述UVLED 源，所述UVLED源的最大输出强度^ (t) max大于在所述UVLED源以其最大额定电流被驱动的情况下所能获得的强度。
26.一种用于对被包覆玻璃纤维进行固化的设备，包括定义固化轴的腔室；以及定位在所述腔室中的第一 UVLED阵列，所述第一 UVLED阵列包括多个UVLED源；其中所述第一 UVLED阵列中的每个UVLED源具有最大输出强度为i(t)max和最小输出强度为l(t)min的UV辐射的振荡输出，每个UVLED源的最大输出强度i(t)max大于在每个UVLED源以其最大额定电流驱动的情况下所能获得的强度；其中所述第一 UVLED阵列中的至少两个所述UVLED源具有彼此异相的UV辐射的振荡输出。
27.根据权利要求沈所述的设备，包括控制器，电连接到所述第一 UVLED阵列；其中所述控制器能够调节所述第一 UVLED阵列中的所述UVLED源的所述振荡输出的强度和/或相位。
28.根据权利要求27所述的设备，其中所述控制器调节所述第一UVLED阵列中的所述 UVLED源的所述振荡输出，使得所述第一 UVLED阵列定义规范化和&。tal (t，vf)k =所述第一 UVLED阵列中的UVLED源的数目， dn =沿所述固化轴从第一个UVLED源到第η个UVLED源的距离； Vf =在被包覆玻璃纤维通过所述腔室并且沿着所述固化轴行进时所述包覆玻璃纤维的线速度；对于给定线速度，Xtotal (t, vf)具有基本恒定的值。
29.根据权利要求沈所述的设备，其中所述第一UVLED阵列中的每个所述UVLED源具有基本相同的所述最大输出强度l(t)max。
30.根据权利要求沈所述的设备，其中所述第一UVLED阵列中的至少两个所述UVLED 源具有不同的所述最大输出强度l(t)max。
31.根据权利要求沈或27所述的设备，其中所述第一 UVLED阵列定义规范化和Xtotal Vf)
32.根据权利要求31所述的设备，其中所述第一 UVLED阵列中的每个所述UVLED源的所述输出、(t)定义占空比等于A/B的脉冲串；所述第一 UVLED阵列中的每个UVLED源具有基本相同的所述最大输出强度\(t)max和基本相同的所述最小输出强度l(t)min ；所述第一 UVLED阵列具有B个UVLED源；以及
33.根据权利要求沈-32任意一项所述的设备，其中所述第一UVLED阵列中每个所述 UVLED源的输出定义脉冲串。
34.根据权利要求沈-33任意一项所述的设备，包括定位在所述腔室中的第二 UVLED阵列，所述第二 UVLED阵列包括多个UVLED源； 其中所述第二 UVLED阵列中的每个UVLED源具有最大输出强度为yn(t)max和最小输出强度为yn(t)min的UV辐射的振荡输出yn(t)，每个UVLED源的最大输出强度yn(t)max大于在每个UVLED源以其最大额定电流驱动的情况下所能获得的强度；以及其中所述第二 UVLED阵列中的至少一个所述UVLED源的所述最大输出强度yn(t)max不同于所述第一 UVLED阵列中的至少一个UVLED源的所述最大输出强度i(t)max。
35.一种用于对被包覆玻璃纤维进行固化的设备，包括 定义固化轴的腔室；以及定位在所述腔室中的第一 UVLED阵列，所述第一 UVLED阵列包括多个UVLED源； 其中所述第一 UVLED阵列中的每个UVLED源具有最大输出强度为i(t)max和最小输出强度为l(t)min的UV辐射的振荡输出，其中所述第一 UVLED阵列中的至少两个所述UVLED源具有彼此异相的UV辐射的振荡输出；以及其中所述第一 UVLED阵列定义规范化和xt。tal(t，vf)k =所述第一 UVLED阵列中的UVLED源的数目， dn =沿所述固化轴从第一 UVLED源到第η到UVLED源的距离； Vf =在被包覆玻璃纤维通过所述腔室并且沿所述固化轴行进时所述被包覆玻璃纤维的线速度；对于给定线速度，Xtotal (t, Vf)具有基本恒定的值。
36.根据权利要求35所述的设备，包括控制器，电连接到所述第一 UVLED阵列；其中所述控制器能够调节所述第一 UVLED阵列中的所述UVLED源的所述振荡输出的强度和/或相位。
37.根据权利要求35-36任意一项所述的设备，其中所述第一UVLED阵列中的每个所述 UVLED源具有基本相同的所述最大输出强度i(t)max。
38.根据权利要求35-36任意一项所述的设备，其中所述第一UVLED阵列中的至少两个所述UVLED源具有不同的所述最大输出强度i(t)max。
39.根据权利要求35-36任意一项所述的设备，其中所述第一 UVLED阵列中的每个所述UVLED源的所述输出、(t)定义占空比等于A/B的脉冲串；所述第一 UVLED阵列中的每个UVLED源具有基本相同的所述最大输出强度\(t)max和基本相同的所述最小输出强度l(t)min ；所述第一 UVLED阵列具有B个UVLED源；以及Xtotal(t, vf) A(xn(t)max+xn(t)min)。
40.根据权利要求35-39任意一项所述的设备，其中所述第一UVLED阵列中的每个所述 UVLED源的所述输出定义脉冲串。
41.根据权利要求35-40任意一项所述的设备，其中所述第一UVLED阵列中的UVLED源的所述最大输出强度^(t)max大于在所述UVLED源以其最大额定电流被驱动的情况下所能获得的强度。
全文摘要
本发明的实施方式涉及用于提供提高的UVLED强度的方法和设备。具体地，提供一种UVLED设备以及相关方法，提供提高的UVLED强度以促进对被包覆玻璃纤维的有效固化。该设备采用多个UVLED源，每个UVLED源发射紫外辐射的振荡输出。通常，至少两个UVLED源具有彼此异相的紫外辐射的振荡输出。在固化期间，玻璃纤维上不完全固化的包层吸收从UVLED源发射的电磁辐射。
文档编号C03C25/12GK102408198SQ201110234228
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者B·J·奥弗顿 申请人:德雷卡通信技术公司