一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法
【专利摘要】一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法，适用于生产光纤预制棒的管内化学汽相沉积的MCVD工艺。本发明与自动控制技术紧密结合，在MCVD法制备光纤预制棒运行过程中，利用外径测试仪连续测量玻璃管外径两侧边缘的位置，并根据边缘位置计算旋转中心和玻璃管中心的瞬间位置以及两个中心的偏差值即中心跳动值，根据玻璃管中心的当前角度位置,调整夹持玻璃管卡盘的旋转速度对中心偏差进行矫正。利用重力阻止中心偏差继续增大并逐步消除两个中心之间的偏差。使最终玻璃管轴向方向上的最大弓曲度≤0.2mm/m。该方法适合于大规模生产多模光纤，拉制的多模光纤有均匀的径向和轴向的几何特性和折射率剖面，制造方法简单，生产成本低。
【专利说明】
-种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻 璃管弓曲度方法
技术领域
[0001] 本发明设及的是一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃 管弓曲度方法，是一种在利用管内化学汽相沉积法制作光纤预制棒的过程中控制和减小玻 璃管弓曲度的工艺，尤其设及一种在MCVD管内化学汽相沉积工艺制备径向和轴向均匀性和 对称性较好的光纤预制棒的方法，使得制作的光纤预制棒W及拉制的光纤有均匀的径向和 轴向的几何特性和折射率剖面。
【背景技术】
[0002] 光纤预制棒是制备光纤最主要的原料。在光纤的制造过程中，光纤预制棒被置于 烙炉中加热后拉成一定外径的细丝，再在细丝表面涂覆一层或多层涂料。根据常用光纤的 设计和预制棒的制备技术路线，光纤预制棒的组成通常被分为忍棒和外包两部分。由于光 纤的品质主要取决忍棒的性能，忍棒的制造工艺是预制棒制造技术的关键。
[0003] 主流的忍棒的制造方法有四种:外部汽相沉积法(0VD)、轴向汽相沉积法(VAD)、改 进的化学汽相沉积法(MCVD)、W及等离子体化学汽相沉积法(PCVD)。
[0004] 改进的化学汽相沉积法(MCVD)工艺，是一种管内法，是一种将汽相原料化学反应 的生成物沉积在一根旋转的玻璃管内壁的方法。在运种工艺中，一根玻璃管被装夹于玻璃 车床上。汽相原料混合物被通入玻璃管中，热源(氨氧火焰)沿管子往返移动，在高溫下原料 发生化学反应，反应生成物沉积在管内壁并被玻璃化。热源沿管子每往返移动一次，就生成 一层玻璃。制造一根光纤预制棒忍棒需沉积10~250层。忍棒制作中，可W通过改变沉积过 程中原料的成分实现渐变或阶跃折射率变化，从而得到设计的折射率剖面。沉积结束后，在 高溫下将玻璃管烙缩成实屯、光纤预制忍棒。然后将实屯、忍棒与石英套管组成预制棒，或者 在实屯、忍棒表面再沉积外包层形成预制棒，最后在拉丝塔上拉丝。
[0005] 在管内法制造忍棒的过程中，原料气体51(：14、66(：14、口0(：13、气态氣化物、氧气、氮 气、氯气等需要在1500~2050°C高溫下才能完成化学反应生成氧化物并完成玻璃化的过 程。为了得到尽可能高的管内溫度，通常使用壁厚较薄玻璃管(壁厚<3.5mm)。在长时间外部 高溫热源（1600~2100C)的加热下，水平装夹的玻璃管受到重力的影响弓曲度可能逐渐恶 化。沉积过程中玻璃管弓曲度的恶化将改变高溫热源和玻璃管表面的距离，严重影响玻璃 管内的溫度分布的轴向径向均匀性和圆对称性，从而改变原料气体的反应效率和生成物的 沉积效率。最终导致光纤预制棒忍棒几何尺寸W及折射率剖面径向上的不对称性和与轴向 上的不均匀性。进而影响预制棒拉制成光纤的光学参数与几何参数控制，例如：光纤的带 宽、模场直径、PMD、忍层不圆度、忍包同屯、度等。所W在运行中有必要保持玻璃管轴向方向 上的最大弓曲度《〇.2mm/m。
[0006] 现有方法是在运行过程中，借助操作人员的目测或测试仪表测量出旋转中屯、和玻 璃管中屯、之间的偏屯、率，如最大偏屯、率>0.7mm，则暂停运行，手工校直玻璃管弯曲的地方， 直至满足玻璃管轴向方向上的最大偏屯、率《0.2mm，再恢复运行。运种方法有3个主要不足 之处，一是延长了制备忍棒的时间，二是需要操作人员熟练掌握手工校直技术，Ξ是中断沉 积过程将扰动折射率剖面使得最终成品光纤的光学参数受到一定影响。
[0007] 因此，在MCVD制造忍棒工艺中，需要找到一种改进的方法，在运行过程中既能矫正 玻璃管原有的弯曲度又能避免玻璃管弓曲度的恶化，从而消除影响所产出忍棒的轴向和径 向对称性W及圆对称性因素。
【发明内容】
[0008] 本发明目的是避免了现有方法的缺点，提供了在管内化学汽相沉积法运行过程中 自动矫正和控制玻璃管弓曲度的方法，尤其是在MCV的去运行过程中自动矫正和控制玻璃管 弓曲度方法。本发明基本消除了导致上述汽相沉积法制作的实屯、光纤预制棒忍棒的不对称 性和不均匀的主要因素。
[0009] 我们知道，MCVD工艺中，被加热部分的玻璃管在重力作用下发生微小变形。如车床 机构，玻璃管几何形状(偏壁度，不圆度，弓曲度）W及玻璃管装夹有任何微小偏差，在运行 过程中，重力引起的微小热变形将被放大使玻璃管的弓曲度逐渐恶化。为了达到自动矫正 和控制弓曲度的目的，在MCV的去制备光纤预制棒运行过程中，利用外径测试仪连续测量玻 璃管外径两侧边缘的位置，并根据边缘位置计算旋转中屯、和玻璃管中屯、的瞬间位置W及两 个中屯、的偏差值（即中屯、跳动值），根据玻璃管中屯、的当前角度位置，调整夹持玻璃管卡盘 的旋转速度对中屯、偏差进行矫正。利用重力阻止中屯、偏差继续增大并逐步消除两个中屯、之 间的偏差。使最终玻璃管轴向方向上的最大弓曲度《0.2mm/m。 本发明在管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度原理如下： 在管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正玻璃管弓曲度，喷灯台正向移动过程 中，外径仪随着喷灯台一起移动，移动速度为5~200mm/min。外径仪可W是光学外径测径系 统或CCD视频系统。玻璃管旋转速度10~50RPM。当玻璃管进入热源的热区时表面溫度迅速 提高，导致玻璃粘度迅速下降，在重力作用下玻璃管局部发生下垂变形。而离开热区后表面 冷却，玻璃粘度提高，变形即被锁定。热区中玻璃粘度最低的区域可称为变形点。变形点通 常位于热源移动方向的后方0~50mm。变形点和热源的距离取决于玻璃表面溫度和热源的运 行速度。根据外径仪测试的结果可W计算出当前变形点的偏屯、率E=0C(玻璃管中屯、C和旋转 中屯、0之间的偏差)在垂直方向的投影e=EXcos(^)，为了利用重力减小或消除玻璃管的偏 屯、率，可W根据偏屯、率在垂直方向的投影的大小和方向来改变旋转速度。当e〉0,即C在0的 上方，降低速度；当e<0,即C在0的下方，增加转速。最简单的控制方法是线性地改变旋转速 度：? =-kXe其中k是比例常数，通常需要通过实验优化。
[0010] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法，包 括步骤： 首先按照光纤折射率剖面设计和工艺参数的设定选用合适尺寸的高纯石英玻璃管，利 用纯净水、HF等化学品对其内表面进行清洁并干燥； 将玻璃管安装到MCVD沉积车床上，两端固定到旋转接头内，利用马达带动玻璃管旋转， 然后点燃氨氧焰喷灯加热玻璃管，喷灯沿玻璃管长度方向运动； 检查玻璃管是否存在缺陷，并向玻璃管内通入含氣气体对其内表面进行刻蚀，除去内 表面的杂质； 在沉积过程中，汽相原料混合物被通入玻璃管中，热源(氨氧火焰)沿管子往返移动，使 原料在1500~2050°C高溫下发生化学反应并使沉积在管内壁的反应生成物玻璃化。热源沿 管子每往返移动一次，就生成一层玻璃。制造一根光纤预制棒忍棒需沉积10~250层。沉积 结束后，在高溫下将玻璃管烙缩成实屯、光纤预制忍棒； 在运行过程中，利用外径测试仪连续测试玻璃管外径两个边缘的位置，并根据边缘位 置计算旋转中屯、和玻璃管中屯、的瞬间位置W及两个中屯、的偏差值（即中屯、跳动值），根据玻 璃管中屯、的当前角度位置，调整夹持玻璃管卡盘的旋转速度对中屯、偏差进行矫正。利用重 力阻止中屯、偏差继续增大并逐步消除两个中屯、之间的偏差。使最终玻璃管轴向方向上的最 大弓曲度 通过上述方法，可W获得均匀的径向和轴向的几何特性和折射率剖面的预制棒忍棒。 随后利用高溫抛光或氨氣酸清洗等方法清洁预制棒表面，获得高质量的预制棒成品，或者 获得预制棒忍棒并利用外部汽相沉积法、套管法等外包工艺增加预制棒外包层厚度。
[0011] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，被加热部分的玻璃管在重 力作用下发生微小变形。其中车床机构，玻璃管几何形状(偏壁度，不圆度，弓曲度）W及玻 璃管装夹有任何微小偏差，在运行过程中，重力引起的微小热变形将被放大使玻璃管的弓 曲度逐渐恶化。
[0012] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，喷灯台正向移动过程中， 外径仪随着喷灯台一起移动，移动速度为5~200mm/min。外径仪可W是光学外径测径系统或 CCD视频系统。玻璃管旋转速度10~50RPM。
[0013] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，当玻璃管进入热源的热区 时表面溫度迅速提高，导致玻璃粘度迅速下降，在重力作用下玻璃管局部发生下垂变形。而 离开热区后表面冷却，玻璃粘度提高，变形即被锁定。热区中玻璃粘度最低的区域可称为变 形点。
[0014] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，变形点通常位于热源移动 方向的后方0~50mm。变形点和热源的距离取决于玻璃表面溫度和热源的运行速度。
[0015] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，根据外径仪测试的结果可 W计算出当前变形点的偏屯、率E=0C在垂直方向的投影e=EXcos( f)，为了利用重力减小 或消除玻璃管的偏屯、率，可W根据偏屯、率在垂直方向的投影的大小和方向来改变旋转速 度。
[0016] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，当e〉0,目PC在0的上方，降 低速度;当e<0，即C在0的下方，增加转速。
[0017] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，最简单的控制方法是线性 地改变旋转速度：凝护-kXe其中k是比例常数。
[0018] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，计算偏屯、率在垂直方向投 影:外径仪和垂直方向夹角是怨，理论上偏屯、率在垂直方向的投影e=E X Cos(#+il)。
[0019] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，旋转速度的变化:受到H 角度测试不准确性、设备测试和控制的延迟W及车床转速改变延迟的影响，实际转速的改 变可定义为：#=-kXEXCos(雜+緩+纔I)其中I睡是延迟补偿角度。为了防止实际转速速 度(护雜)小于0, 限值必须小于旋转速度M。通常选择撫_limt=10%~30%
[0020] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，沒I的确定:每台MCVD设备 的^都略有差别。需要用实验的方法确定。实验时:使用一根弯曲较大的玻璃管或玻璃棒， 关闭热源，设置絲*_limt=F，设置很大的比例系数r，转速10~20RPM，平台移动速度50~ lOOmm/min。调整淺！，直到玻璃管或玻璃棒的中屯、在最高点时的旋转速度为0。
[0021] 本发明一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度 方法的优点在于： 1)本发明利用MCVD光纤预制棒忍棒制造设备的优越性，特别结合在MCV的去运行过程中 自动矫正和控制玻璃管弓曲度方法，消除了实屯、光纤预制棒忍棒轴向和径向不对称性W及 圆不对称性。
[0022] 2)该方法适合于大规模生产折射率剖面复杂的忍棒，拉制的光纤具有均匀的径向 和轴向的几何特性和折射率剖面，制造方法简单，生产成本低。
[0023] 应该理解，上述的概述和下面的详细描述都是举例性和说明性的，旨在对本发明 加 W进一步地说明，并不想对由所附权利说明书限定的本发明的保护范围有任何的限制。
【附图说明】
[0024] W下将结合附图对本发明作进一步说明： 图1本发明方法所采用的改进化学气相沉积(MCVD)设备的示意图。
[0025] 图2弓曲度较大的预制棒忍棒主视图。
[00%]图3采用本发明方法矫正过程中的预制棒忍棒主视图。
[0027]图4根据外径仪测试结果计算偏屯、率的示意图。
[002引图5玻璃管中屯、运动轨迹的示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图1-5详细的描述本发明的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光 纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法和使用的设备： 原料供给管道11与旋转接头12相连接，安置于MCVD车床卡盘上的石英玻璃管14中，各 种所需气体通过原料供给管道11输入。在氨氧焰喷灯15中喷出的氨氧火焰高溫作用下，石 英玻璃管14中的原料发生反应并沉积在石英玻璃管14的内壁上。外径测量仪16(或视频头 16'）安装于氨氧焰喷灯15的基座上，用于实时测量石英玻璃管14的外径。废渣收集盒17安 置于MCVD车床卡盘13上的末端，收集石英玻璃管14内未沉积的原料气体。
[0030] 本发明在管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度原理如 下： 在管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正玻璃管弓曲度，喷灯台正向移动过程 中，外径仪随着喷灯台一起移动，移动速度为5~200mm/min。外径仪可W是光学外径测径系 统或CCD视频系统。玻璃管旋转速度10~50RPM。当玻璃管进入热源的热区时表面溫度迅速 提高，导致玻璃粘度迅速下降，在重力作用下玻璃管局部发生下垂变形。而离开热区后表面 冷却，玻璃粘度提高，变形即被锁定。热区中玻璃粘度最低的区域可称为变形点。变形点通 常位于热源移动方向的后方0~50mm。变形点和热源的距离取决于玻璃表面溫度和热源的运 行速度。根据外径仪测试的结果可W计算出当前变形点的偏屯、率E=0C(玻璃管中屯、C和旋转 中屯、0之间的偏差，参见图5)在垂直方向的投影e=EXcos(f)，为了利用重力减小或消除玻 璃管的偏屯、率，可W根据偏屯、率在垂直方向的投影的大小和方向来改变旋转速度。当e〉0， 良PC在0的上方，降低速度；当e<0,即C在0的下方，增加转速。最简单的控制方法是线性地改 变旋转速度：?=-kXe其中k是比例常数，通常需要通过实验优化。
[0031] 下面详细描述如何计算变形点偏屯、率在垂直方向的投影e和确定转速的变化。
[0032] 为了保证控制软件已记录了当前变形点的偏屯、率数据，外径仪测试点必须和变形 点重合或在热源运动的前方。在电脑的每个采样周期中，外径仪测量1次玻璃管投影的径向 两侧边缘的位置，采样周期Jt = 0.005s~0.05s。旋转速度是r(RPM)，旋转一周采样数N= 60/(庐凝t)。两个采样点之间的角度变化d#=2露/N.参照图4和图5,当前玻璃管投影的两 侧边缘坐标分别为:Yi'和Y2'。
[0033] 1)玻璃管中屯、(C)的坐标为Yc'= (Yi'巧2'）/2。记录2~10周期的中屯、坐标Yc'； 2) 每一周的旋转中屯、（0)的坐标关
，计算最近几个周期旋转中屯、坐 标的平均值巧； 3) 当前偏屯、率在外径仪上投影呆
记录玻璃管旋转2圈~10圈的偏屯、 率e'。
[0034] 4)计算偏屯、率和相位，在运行中假设当前变形点的偏屯、率投影是e'，C和0的距离 是E，相位角是雜,它们的关系是e' =E XCos(雜）。使用所记录的2圈~10圈的偏屯、率e'，米用 曲线拟合、数值方法或简单地寻找极值点的方法可W得到出E和潘。
[0035] 5)记录从变形点到当前测试的点之间所有采样点的幅度和相位，根据外径仪测试 点和变形点之间的距离、旋转速度和热源运动速度，需要记录的点是玻璃管旋转2圈~300圈 所有采样点。假设所有的记录点是j=〇-，M-l点。每次采样后记录点j的数据调整为：Ej = Ej-i，槪=#j-i+d嫩.新增记录点（j=0)是(Eo,潘0)。
[0036] 6)计算偏屯、率在垂直方向投影:参考图5,外径仪和垂直方向夹角是湿，理论上偏 屯、率在垂直方向的投影e=E X Cos(雜+認）。
[0037] 7)旋转速度的变化:受到?角度测试不准确性、设备测试和控制的延迟W及车床 转速改变延迟的影响，实际转速的改变可定义为：：#=-kXEXCos(>#+經+ft)其中諭I 是延迟补偿角度。为了防止实际转速速度(护雜)小于0, 及限值必须小于旋 转速度P。通常选择|歡_1山*=10%~30%M。
[003引8)；^的确定:每台Μ CVD设备的&都略有差别。需要用实验的方法确定。实验 时:使用一根弯曲较大的玻璃管或玻璃棒，关闭热源，设置设置很大的比例系 数怒，转速10~20RPM，平台移动速度50~lOOmm/min。调整Hi,直到玻璃管或玻璃棒的中屯、在 最高点时的旋转速度为0。
[0039] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法包 括如下步骤： 首先按照光纤折射率剖面设计和工艺参数的设定选用合适尺寸的高纯石英玻璃管，利 用纯净水、HF等化学品对其内表面进行清洁并干燥。
[0040] 将玻璃管安装到MCVD沉积车床上，两端固定到旋转接头内，利用马达带动玻璃管 旋转，然后点燃氨氧焰喷灯加热玻璃管，喷灯沿玻璃管长度方向运动。
[0041] 检查玻璃管是否存在缺陷，并向玻璃管内通入含氣气体对其内表面进行刻蚀，除 去内表面的杂质。
[0042] 在沉积过程中，汽相原料混合物被通入玻璃管中，热源(氨氧火焰)沿管子往返移 动，使原料在1500~2050°C高溫下发生化学反应并使沉积在管内壁的反应生成物玻璃化。 热源沿管子每往返移动一次，就生成一层玻璃。制造一根光纤预制棒忍棒需沉积10~250 层。沉积结束后，在高溫下将玻璃管烙缩成实屯、光纤预制忍棒。
[0043] 在运行过程中，利用外径测试仪连续测试玻璃管外径两个边缘的位置，并根据边 缘位置计算旋转中屯、和玻璃管中屯、的瞬间位置W及两个中屯、的偏差值（即中屯、跳动值），根 据玻璃管中屯、的当前角度位置，调整夹持玻璃管卡盘的旋转速度对中屯、偏差进行矫正。利 用重力阻止中屯、偏差继续增大并逐步消除两个中屯、之间的偏差。使最终玻璃管轴向方向上 的最大弓曲度《〇.2mm/m。
[0044] 通过上述方法，可W获得均匀的径向和轴向的几何特性和折射率剖面的预制棒忍 棒。随后利用高溫抛光或氨氣酸清洗等方法清洁预制棒表面，获得高质量的预制棒成品，或 者获得预制棒忍棒并利用外部汽相沉积法、套管法等外包工艺增加预制棒外包层厚度。
[0045] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，被加热部分的玻璃管在重 力作用下发生微小变形。如车床机构，玻璃管几何形状(偏壁度，不圆度，弓曲度）W及玻璃 管装夹有任何微小偏差，在运行过程中，重力引起的微小热变形将被放大使玻璃管的弓曲 度逐渐恶化。
[0046] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，喷灯台正向移动过程中， 外径仪随着喷灯台一起移动，移动速度为5~200mm/min。外径仪可W是光学外径测径系统或 CCD视频系统。玻璃管旋转速度10~50RPM。
[0047] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，当玻璃管进入热源的热区 时表面溫度迅速提高，导致玻璃粘度迅速下降，在重力作用下玻璃管局部发生下垂变形。而 离开热区后表面冷却，玻璃粘度提高，变形即被锁定。热区中玻璃粘度最低的区域可称为变 形点。
[004引一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，变形点通常位于热源移动 方向的后方0~50mm。变形点和热源的距离取决于玻璃表面溫度和热源的运行速度。
[0049] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，根据外径仪测试的结果可 W计算出当前变形点的偏屯、率E=0C在垂直方向的投影e=EXcos(f)，为了利用重力减小或 消除玻璃管的偏屯、率，可W根据偏屯、率在垂直方向的投影的大小和方向来改变旋转速度。
[0050] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，当e〉0,目PC在0的上方，降 低速度;当e<0，即C在0的下方，增加转速。
[0051] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，最简单的控制方法是线性 地改变旋转速度：lF=-kXe其中k是比例常数。
[0052] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，计算偏屯、率在垂直方向投 影:外径仪和垂直方向夹角是II，理论上偏屯、率在垂直方向的投影e=E X Cos(添+盗)。
[0053] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，旋转速度的变化:受到經 角度测试不准确性、设备测试和控制的延迟W及车床转速改变延迟的影响，实际转速的改 变可定义为：#=-kXEXCos(爆+盗+^)其中I!是延迟补偿角度。为了防止实际转速速 度(P+雜)小于0，游辦限值:撫Llimt必须小于旋转速度P。通常选择徽·_limt=10%~30% P。
[0054] -种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法中， 管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，lii的确定:每台MCVD设备 的證!都略有差别。需要用实验的方法确定。实验时:使用一根弯曲较大的玻璃管或玻璃棒， 关闭热源，设置设置很大的比例系数r，转速10~20RPM，平台移动速度50~ lOOmm/min。调整&，直到玻璃管或玻璃棒的中屯、在最高点时的旋转速度为0。
[0055] 本发明一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度 方法，适用于生产光纤预制棒的管内化学汽相沉积的MCVD工艺。本发明构思新颖，与自动控 制技术紧密结合，在MCV的去制备光纤预制棒运行过程中，利用外径测试仪连续测量玻璃管 外径两侧边缘的位置，并根据边缘位置计算旋转中屯、和玻璃管中屯、的瞬间位置W及两个中 屯、的偏差值即中屯、跳动值，根据玻璃管中屯、的当前角度位置，调整夹持玻璃管卡盘的旋转 速度对中屯、偏差进行矫正。利用重力阻止中屯、偏差继续增大并逐步消除两个中屯、之间的偏 差。使最终玻璃管轴向方向上的最大弓曲度《0.2mm/m。该方法适合于大规模生产多模光 纤，拉制的多模光纤有均匀的径向和轴向的几何特性和折射率剖面，制造方法简单，生产成 本低。
[0056] W上发明所描述内容，本领域技术人员还可W多种方式进行改变，而运些改变未 脱离本发明的精神和范围。倘若本发明的运些修改对于本领域技术人员来说是显而易见 的，它们将被包括在本权利要求书的范围之内。
【主权项】
1. 一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓曲度方法，其特 征在于:包括如下步骤： 首先按照光纤折射率剖面设计和工艺参数的设定选用合适尺寸的高纯石英玻璃管，利 用纯净水、HF化学品对其内表面进行清洁并干燥； 将玻璃管安装到MCVD沉积车床上，两端固定到旋转接头内，利用马达带动玻璃管旋转， 然后点燃氨氧焰喷灯加热玻璃管，喷灯沿玻璃管长度方向运动； 检查玻璃管是否存在缺陷，并向玻璃管内通入含氣气体对其内表面进行刻蚀，除去内 表面的杂质； 在沉积过程中，汽相原料混合物被通入玻璃管中，热源氨氧火焰沿管子往返移动，使原 料在1500~2050°C高溫下发生化学反应并使沉积在管内壁的反应生成物玻璃化，热源沿管 子每往返移动一次，就生成一层玻璃，制造一根光纤预制棒忍棒需沉积10~250层，沉积结 束后，在高溫下将玻璃管烙缩成实屯、光纤预制忍棒； 在运行过程中，利用外径测试仪连续测试玻璃管外径两个边缘的位置，并根据边缘位 置计算旋转中屯、和玻璃管中屯、的瞬间位置W及两个中屯、的偏差值，即中屯、跳动值，根据玻 璃管中屯、的当前角度位置，调整夹持玻璃管卡盘的旋转速度对中屯、偏差进行矫正，利用重 力阻止中屯、偏差继续增大并逐步消除两个中屯、之间的偏差，使最终玻璃管轴向方向上的最 大弓曲度 通过上述方法，获得均匀的径向和轴向的几何特性和折射率剖面的预制棒忍棒。2. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻 璃管弓曲度方法，其特征在于:获得均匀的径向和轴向的几何特性和折射率剖面的预制棒 忍棒，随后利用高溫抛光或氨氣酸清洗方法清洁预制棒表面，获得高质量的预制棒成品，或 者获得预制棒忍棒并利用外部汽相沉积法、套管法外包工艺增加预制棒外包层厚度。3. 根据权利要求1 一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻璃管弓 曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓曲度，被 加热部分的玻璃管在重力作用下发生微小变形，其中车床机构，玻璃管几何形状W及玻璃 管装夹有任何微小偏差，在运行过程中，重力引起的微小热变形将被放大使玻璃管的弓曲 度逐渐恶化。4. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻 璃管弓曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓 曲度，喷灯台正向移动过程中，外径仪随着喷灯台一起移动，移动速度为5~200mm/min，外径 仪是光学外径测径系统或CCD视频系统，玻璃管旋转速度10~50RPM。5. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻 璃管弓曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓 曲度，当玻璃管进入热源的热区时表面溫度迅速提高，导致玻璃粘度迅速下降，在重力作用 下玻璃管局部发生下垂变形，而离开热区后表面冷却，玻璃粘度提高，变形即被锁定，热区 中玻璃粘度最低的区域可称为变形点。6. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻 璃管弓曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓 曲度，变形点通常位于热源移动方向的后方0~50mm，变形点和热源的距离取决于玻璃表面 溫度和热源的运行速度。7. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻 璃管弓曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓 曲度，根据外径仪测试的结果可W计算出当前变形点的偏屯、率E=OC在垂直方向的投影e=E Xcos(f)，为了利用重力减小或消除玻璃管的偏屯、率，可W根据偏屯、率在垂直方向的投影 的大小和方向来改变旋转速度。8. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻 璃管弓曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓 曲度，其特征在于:当e〉0，目PC在0的上方，降低速度;当e<0,即C在0的下方，增加转速。9. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中玻 璃管弓曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管弓 曲度，最简单的控制方法是线性地改变旋转速度：# =-kXe其中k是比例常数。10. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中 玻璃管弓曲度方法，其特征在于:所述的管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法 玻璃管弓曲度，计算偏屯、率在垂直方向投影:外径仪和垂直方向夹角是，理论上偏屯、率在垂 直方向的投影e=E X Cos(變+H)。11. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中 玻璃管弓曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管 弓曲度，旋转速度的变化:受到角度测试不准确性、设备测试和控制的延迟W及车床转速改 变延迟的影响，实际转速的改变可定义为:渝=-kXEXCos(爆+懸+滿)其中纖是延迟补 偿角度，为了防止实际转速速度(沪雜)小于0, 限值必须小于旋转速度F ，通常选择嫌L1 imt=10%~30%於。12. 根据权利要求1所述的一种自动消除管内化学汽相沉积法制备光纤预制棒过程中 玻璃管弓曲度方法，其特征在于:管内化学汽相沉积运行过程中控制和自动矫正法玻璃管 弓曲度，&的确定:每台MCVD设备的&都略有差别，需要用实验的方法确定，实验时:使用 一根弯曲较大的玻璃管或玻璃棒，关闭热源，设置设置很大的比例系数r，转 速10~20RPM，平台移动速度50~lOOmm/min，调整1^，直到玻璃管或玻璃棒的中屯、在最高点 时的旋转速度为0。
【文档编号】C03B37/018GK106082632SQ201610427480
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】徐希凯, 沈春, 沈一春, 蒋新力, 钱本华, 周慧
【申请人】中天科技精密材料有限公司