一种VAD制备光纤预制棒母材的装置及方法与流程

本发明涉及一种vad制备光纤预制棒母材的装置及方法，属于光纤制造技术领域。

背景技术：

在预制棒制作技术中vad由于具有沉积速率高，对生产条件要求较低的优势，被日益广泛的应用。在制作大尺寸预制棒时为了更好的保护芯层，使芯层界面免受外界氢氧离子等其它金属杂质的污染，往往需要在芯层的外侧制作一个相对厚度的包层；而在针对不同内径的套管时通常会根据技术需求制作不同外径的预制棒芯棒；随着光纤技术的发展，现有的光纤预制棒制作也对其制作精度和芯包比提出了更高的要求。但现有的vad制作装置在制作过程中对芯包比的动态控制性能较差，难以满足光纤预制棒母材制作中对芯包比的精度要求。导致在生产过程中很多情况下只有制作出成品母材后，经过专业测试后才确定所生产的母材的芯包比，这无疑浪费了时间与生产成本。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种vad制备光纤预制棒母材的装置及方法，它能较好控制光纤预制棒的芯包比，制作精度高，稳定性强，适用于规模化生产。

本发明为解决上述所提出的问题所采用的装置技术方案为：包括有立式塔架，立式塔架竖直方向上装有升降悬臂架，升降悬臂架前端安设旋转吊杆，旋转吊杆的下方对应安设用于沉积的反应腔体，反应腔体内分别设有芯层喷灯和包层喷灯，其特征在于在反应腔体外装有芯层测径仪和包层测径仪，所述的芯层测径仪的输出端与plc单元1相接，plc单元1与计算机相接并与导轨升降控制装置相连，芯层原料流量控制器与计算机相接，所述的包层测径仪的输出端与计算机相接，计算机与plc单元2相连接，并且plc单元2与导轨升降控制装置信号输出端相连，plc单元2的输出端与包层原料流量控制器相连，用于调节包层原料流量。

按上述方案，所述的芯层喷灯通过芯层原料流量控制器与沉积原料供应系统相连通，所述的包层喷灯通过包层原料流量控制器与沉积原料供应系统相连通。

按上述方案，所述的芯层测径仪为芯层激光测径仪，所述的包层测径仪为包层激光测径仪。

按上述方案，在反应腔体一侧设置有平面耐高温石英玻璃窗口，所述的芯层激光测距仪和包层激光测径仪的测径激光分别透过平面耐高温石英玻璃窗口，水平打在预制棒母材芯层和包层形成处，测距激光与旋转吊杆的轴线相交并相垂直。

按上述方案，所述的芯层激光测径仪检测点位于芯层形成处最下端5~20mm处，所述的包层激光测径仪检测点位于包层形成处锥面上方变径处50~150mm处。

按上述方案，所述的芯层喷灯和包层喷灯喷口向上倾斜，其中芯层喷灯仰角为30~70°，包层喷灯仰角为20~65°。

按上述方案，在反应腔体喷灯侧设置有进气口，进气口与进气装置连通，在喷灯相对一侧设置有出气口，出气口与抽风装置相连通，用于维持沉积腔体内一定压力并抽出未沉积的颗粒。

本发明制备光纤预制棒母材的技术方案为：

采用上述的任一装置，打开反应腔体，将玻璃靶棒固定在旋转吊杆下端，开启升降悬臂架，旋转吊杆移动至初始位置高度并以一定速度旋转；

开启芯、包层测径仪，进行初始化设置，此时吊杆升降速度为零；

开启沉积原料供应系统，先后点燃芯层喷灯和包层喷灯，供应系统按照各自流量设定值在芯、包层原料流量控制器mfc的控制下开始分别先后供应芯层喷灯和包层喷灯向玻璃靶棒喷射，经过水解反应后生成的二氧化硅和二氧化锗开始沉积在靶棒预设位置处，随着沉积的持续进行，靶棒下端芯层直径逐渐变大，当芯层直径到达预设值时，经芯层测距仪检测和信息反馈，启动升降悬臂架上升使旋转吊杆开始往上提升玻璃靶棒；

随着沉积的继续，芯层测距仪连续获取所测芯层直径，并将信号传输给plc单元1和计算机，计算机经过处理后反馈给plc单元1，通过导轨升降控制装置控制旋转吊杆的提升速度；

同时包层测距仪连续获取所测包层直径，并将所测信息传输给计算机，通过计算机算出当前沉积母棒的芯包比，与设定的芯包比进行比较，通过比较重新设定包层原料流量反馈给plc单元2，控制包层原料流量控制器mfc的开度，实现对沉积母棒芯包比的动态实时控制。

本发明的有益效果在于：1、通过设置芯、包层测径仪和实时反馈系统不仅可以在线实时显示当前芯包比例，而且能够实时动态控制芯包层的沉积直径，从而生产任意芯包比例光纤预制棒母材；2、由于检测和反馈是连续实时进行，因此反馈机制可靠，加工沉积的精度高，稳定性强，适用于规模化生产；3、本发明设置合理简便，自动化程度高，操作方便，加工产品质量好。

附图说明

图1为本发明一个实施例的总体结构示意图。

图2为本发明一个实施例的反馈控制系统示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

本发明装置的实施例如图1、2所示，包括有立式塔架5，立式塔架竖直方向上装有可升降的导轨座3，导轨座3上连接升降悬臂架2，升降悬臂架前端安设旋转吊杆4，旋转吊杆的下方对应安设用于沉积的反应腔体1，反应腔体内分别设有芯层喷灯a1和包层喷灯a2，所述的芯层喷灯和包层喷灯喷口向上倾斜，其中芯层喷灯仰角为50°，包层喷灯仰角为40°。所述的芯层喷灯通过芯层原料流量控制器mfc与沉积原料供应系统相连通，所述的包层喷灯通过包层原料流量控制器mfc与沉积原料供应系统相连通。在反应腔体一侧设置有上、下平面耐高温石英玻璃窗口11、10，对应玻璃窗口在反应腔体外通过支架9装有芯层测径仪7和包层测径仪8，所述的芯层测径仪为芯层激光测径仪，所述的包层测径仪为包层激光测径仪。所述的芯层激光测径仪和包层激光测径仪的测径激光分别透过上、下平面耐高温石英玻璃窗口，水平打在预制棒母材芯层和包层形成处，测距激光与旋转吊杆的轴线相交并相垂直。在反应腔体喷灯侧设置有进气口，进气口与进气装置连通，在喷灯相对一侧设置有出气口，出气口与抽风装置相连通，用于维持沉积腔体内一定压力并抽出未沉积的颗粒。所述的芯层激光测径仪的输出端与plc单元1相接，plc单元1和计算机相接，plc单元1的输出端与导轨升降控制装置，芯层原料流量控制器mfc与计算机相连，所述的包层激光测径仪的输出端与计算机相接，计算机与plc单元2相连接，plc单元2与导轨升降控制装置信号输出端相连接，plc单元2的输出端与包层原料流量控制器mfc相连，用于调节包层原料流量。

通过控制芯层直径来制备vad光纤预制棒母材的方法和过程如下：

打开沉积腔体1，将玻璃靶棒6固定在旋转吊杆4下端，开启旋转吊杆控制单元，旋转吊杆移动至初始位置高度并以30-40转/分的速度旋转；

开启芯、包层测径仪，进行初始化设置，此时旋转吊杆上升速度为零；

开启原料供应系统，点燃芯、包层喷灯a1和a2，进料系统按照各自流量设定值开始分别先后供应芯、包层喷灯，经过水解反应后生成的二氧化硅和二氧化锗开始沉积在靶棒6预设位置处，随着沉积进行，靶棒下端直径逐渐变大，当到达激光测径仪的预设值时，导轨座3开始往上提拉玻璃靶棒6；

之后随着沉积继续，芯、包层测径仪连续获取所测直径，将数据反馈至计算机端，计算机实时在线显示芯包比例；同时，芯层直径与升降悬臂架的提拉速度形成反馈，当芯层直径在预设范围内生长时，升降悬臂架保持原有速率上升。当芯层直径大于预设范围时，升降悬臂架提升速度加快，同时包层四氯化硅原料流量控制器阀门开度增大；当芯层直径小于预设范围时，升降悬臂架提省速度减慢，同时包层四氯化硅原料流量控制器阀门开度减小，由此保证一定的芯包比，提高后续芯棒的均一化质量。

图2为反馈控制系统示意图，随着芯层喷灯和包层喷灯的反应进行，纵向上表现为沿着竖直向下的方向不断往下生长，随着旋转吊杆的上升，逐渐加长；而随着纵向生长的过程中在与靶棒垂直的方向上，表现为母棒的径向生长。随着沉积进行，两个测径仪不断将数据上传至计算机，计算机持续获取芯层和包层数据，并进行处理，然后经过修正后连续传输给plc控制系统，计算机根据芯层变化均值实时调整悬臂架向上移动的速度，带动母棒不断上移直至完成生产。如果所沉积粉棒芯径，包层外径，芯包比例均在可控范围内，靶棒不断上提，直到获得预期目标为止。整个生长过程中芯层直径与升降导轨提拉速度形成反馈，包层四氯化硅原料流量控制器阀门开度又都受升降导轨提拉速度控制调节。