一种管外法制备光纤预制棒母材的装置及方法与流程

本发明涉及一种管外法制备光纤预制棒母材的装置及方法，尤其涉及vad法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vad制备光纤预制棒母材装置中，大都采用激光测量仪来检测沉积芯棒的成长情况和芯径，激光测量仪大多是在反应腔体外放置，其发出的检测激光落点高度与沉积粉棒芯层形成处的高度相同，目的在于控制芯层形成处的高度，使得芯层形成处的高度与芯层喷灯的喷射高度保持恒定，从而保证芯层沉积的加工质量。由于检测激光的发出沿水平方向，而粉棒的形成生长过程则是沿竖直方向，二者方向相差90°，在实际使用中激光检测仪的安设存在一定的误差，因而检测激光的水平度也会存在一些误差，由于激光检测仪安设在反应腔体外，距离检测点具有一定的长度，水平方向的一定角度的倾斜就会在垂直方向上产生较大误差，使得对粉棒芯层底面形成处的高度检测出现有较大的偏差，如图3所示，如设激光测量仪到芯层形成处的距离为l，若水平方向上偏差角为θ，沿粉棒芯层生长方向上纵向偏差为h1，h1＝l×sinθ，当l较大时会有较大偏差，而高度上的偏差关乎芯层喷灯喷射火焰的喷射落点，导致控制精度下降，从而影响芯层的形状、大小、密度等一系列质量参数，还关系到沉积过程中生长的稳定性，这些将决定沉积粉棒的质量。

美国专利us20120103023a1中论述的是利用ccd获取粉棒沉积中的芯包层影像，从而测算出芯包层的比以生产出芯包比稳定的初产品，但是这种方法存在问题是边界确定很不精确，从而影响粉棒沉积过程中的控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种管外法制备光纤预制棒母材的装置及方法，它测量精度高，反馈机制可靠，加工质量好，且稳定性强，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：包括有反应腔体，反应腔体内上方安设有移动旋转吊杆，腔体内下方一侧对应于移动旋转吊杆上下间隔安设有包层喷灯和芯层喷灯，用于沉积形成光纤预制棒母材(即粉棒)的芯层和包层，其特征在于在反应腔体外芯层形成处下方安设芯层测距仪，所述的芯层测距仪的输出端与plc单元和计算机相接，plc单元和计算机相接，并与升降控制装置相连接，使芯层测距仪与升降控制装置形成反馈。

按上述方案，所述的芯层测距仪为芯层激光测距仪。

按上述方案，在反应腔体底面设置有平面耐高温石英玻璃窗口，所述的芯层激光测距仪的测距激光透过平面耐高温石英玻璃窗口，竖直打在预制棒母材芯层底面形成处，测距激光光束与旋转吊杆的轴线平行或重合。

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。

按上述方案，包括有立式塔架，立式塔架竖直方向上装有可升降的导轨，导轨上通过升降座连接升降悬臂架，升降悬臂架前端安设移动旋转吊杆，移动旋转吊杆的下方对应安设用于沉积的反应腔体。

本发明制备光纤预制棒方法的技术方案为：

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

开启芯层测径仪，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，形成光纤预制棒母材(即粉棒)的芯层和包层，随着沉积的持续进行，靶棒下端芯层直径逐渐变大并向下生长，当芯层底面到达预设高度值时，经芯层测距仪检测和信息反馈，启动升降悬臂架上升使移动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底面高度，plc单元和计算机经过处理后反馈给plc单元，控制移动旋转吊杆的提升速度；直到沉积结束。

本发明的有益效果在于：1、通过在反应腔体外芯层形成处下方安设芯层测距仪，激光测距仪的测距激光透过平面耐高温石英玻璃窗口，竖直向上打在预制棒母材芯层底面形成处，当测距仪安装发生一定偏斜时，垂直方向的倾斜在垂直高度上仅产生很小误差，使得对粉棒芯层底面形成处的高度检测精度大幅提高，通过芯层测距仪与升降控制装置的反馈机制，不仅可以在线实时显示当前芯层形成状况，而且能够准确动态控制芯层及包层的沉积直径，从而提高光纤预制棒母材的加工质量；2、由于检测和反馈是连续实时进行，因此反馈机制迅速、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。

图3为现有技术中水平安设芯层测径仪的误差计算示意图。

图4为本发明竖直安设芯层测距仪的误差计算示意图。

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，导轨上通过升降座3连接升降悬臂架2，升降悬臂架前端安设移动旋转吊杆4，移动旋转吊杆4的下方固定有用于沉积用的玻璃靶棒6，移动旋转吊杆的下方对应安设用于沉积的反应腔体1，移动旋转吊杆伸入反应腔体内，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。在反应腔体喷灯侧设置有进气口7，进气口与进气装置连通，在喷灯相对一侧设置有出气口8，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。在反应腔体外芯层形成处下方安设芯层测距仪10，芯层测距仪安设在固定底座11上，所述的芯层测距仪为芯层激光测距仪。在反应腔体底面设置有平面耐高温石英玻璃窗口9，所述的芯层激光测距仪的测距激光透过平面耐高温石英玻璃窗口，竖直打在预制棒母材芯层底面形成处，测距激光光束与旋转吊杆的轴线平行或重合。

所述的芯层测距仪的输出端与plc单元和计算机相接，plc单元和计算机相接，并与升降控制装置相连接，使芯层测距仪与升降控制装置形成反馈。

通过控制芯层底面高度来制备vad光纤预制棒母材的方法和过程如下：

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

开启芯层测径仪，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，形成光纤预制棒母材(即粉棒)的芯层和包层，随着沉积的持续进行，靶棒下端芯层直径逐渐变大，在最下端底部形成一个平面，之后随着生长继续，芯层测距仪透过玻璃窗口连续获取所测的至芯层形成处底部的距离(高度)，数据反馈至计算机，计算机经过数据的修正和处理与升降座的提拉速度形成反馈，当距离小于所设定的值时升降座即开始往上提拉粉棒，由此以保证芯层形成处的最底端始终在一个位置上，这样就能保证芯层喷灯在芯层形成处的底面火焰的落点始终不变，从而保证了粉棒生长过程中的稳定性，以及最终粉棒的各项参数稳定。随着沉积的继续，芯层测距仪连续获取所测芯层底面高度，经过处理后反馈给plc单元，控制移动旋转吊杆的提升速度；直到沉积结束。

本发明在芯层底面形成处的高度检测出现的偏差，如图4所示，如设芯层测距仪到芯层底部形成处的距离为l，若在垂直方向上偏差角为θ，沿粉棒芯层生长方向上轴向偏差hx有下式：h2＝l-l×cosθ，偏差值很小。检测精度相对提高。