一种用于监测VAD疏松体烧结长度的装置及其监测方法与流程

本发明属于光纤预制棒制作技术领域，具体涉及一种用于监测vad疏松体烧结长度的装置及其监测方法。

背景技术：

在光纤预制棒母棒制造过程中，主要通过“vad（轴向气相沉积法）+ovd（棒外化学汽相沉积法）”两步法分别制取光纤预制棒芯棒和光纤预制棒，其中vad法利用热泳原理将二氧化硅粉体沉积附着到旋转的石英靶棒表面，最终制造出vad疏松体，vad疏松体的沉积长度不是固定的，一般长度300~2000mm，vad疏松体烧结长度的设定直接影响vad疏松体的烧结效率，即脱羟基、脱水和玻璃化的程度。传统的vad疏松体烧结工艺中，如vad疏松体烧结长度设定过短，会造成整根vad疏松体脱羟基、脱水和玻璃化程度不完全（如图3b），如vad疏松体仅部分玻璃化，将难以进行光纤拉丝，同时由于重新与环境空气的水分和杂质接触，整根棒也只能报废处理，产品损失比较大；而重新设定正确的vad疏松体烧结长度进行二次脱羟基和脱水的补救方案很容易造成整根光纤预制棒母棒的光学性能大大降低；如果vad疏松体烧结长度设定过长，会造成整根棒脱羟基、脱水和玻璃化程度过度，如玻璃化程度过度将导致靶棒和光纤预制棒母棒整体拉细（如图3d），进而导致制得的光纤预制棒母棒的光学性能和光纤拉丝合格率大大降低，严重的更会导致靶棒拉断，光纤预制棒母棒掉落炉芯管底部，砸断光纤预制棒母棒和石英炉芯管，导致设备和产品全部报废，这不仅会直接光纤预制棒的生产效率，更大大地增加了生产成本。

当今光纤预制棒母棒制造工艺中，因为vad疏松体烧结长度设定过短、过长而出现的异常情况只有在烧结过程中和烧结结束后才能被现场点检人员注意到，导致频繁出现人工干预滞后于烧结异常情况发生的现象。中国实用新型专利cn204174091u所公开提到的限位监控装置用于监控光纤预制棒玻璃化过程，可以在保护光纤预制棒母棒和烧结石英炉芯管的前提下，最大化地将vad疏松体玻璃化，但是由于专利中监控装置处于固定位置，只能监控固定长度的vad疏松体，不能灵活运用到实际的vad疏松体烧结工艺中，且不能适应当前行业发展下庞大的光纤光缆需求量和vad疏松体“做粗做长”的趋势。

因此，对于vad疏松体的烧结长度，为了避免烧结过程中因为人工设定错误带来光纤预制棒母棒的光学性能和光纤拉丝合格率恶化，光纤预制棒母棒报废和靶棒拉细拉断导致光纤预制棒母棒掉落炉芯管底部砸碎石英炉芯管的风险，亟需一种提高vad疏松体烧结效率同时保证产品和设备安全的vad疏松体烧结长度监测装置及其监测方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可自动化计算vad疏松体真实烧结长度，并实时声光报警提醒操作人员其设置的待烧结vad疏松体烧结长度是否正确，并通过纠正提高vad疏松体烧结效率和保障装置安全的用于监测vad疏松体烧结长度的装置及其监测方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种用于监测vad疏松体烧结长度的装置，包括塔架导轨、沿塔架导轨上下移动的升降平台、引杆、激光发射器、激光接收器、控制系统、激光测距仪发射器、激光测距仪接收器、信号放大器、测距传感器和plc控制模块，vad疏松体通过引杆垂直悬挂于升降平台下底面，vad疏松体的正下方放置有烧结炉，烧结炉的炉口上端l1高度位置分别固定安装有激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器横向上位于vad疏松体两侧，纵向上位于炉芯管与vad疏松体之间，激光发射器和激光接收器分别与控制系统相连，控制系统还与激光测距仪发射器相连，激光测距仪发射器也位于炉芯管管口上端l1高度位置，激光测距仪发射器正上方安装有激光测距仪接收器，激光测距仪接收器固定于升降平台底部，激光测距仪接收器依次通过信号放大器和测距传感器与控制系统相连，控制系统的内部安装plc控制模块，plc控制模块通过声光报警提醒操作人员对输入的vad疏松体烧结长度进行复查和纠正。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述的升降平台上安装有升降电机，所述升降电机可驱动升降平台带动vad疏松体升降运动，所述控制系统控制升降电机工作。

所述vad疏松体附着在石英靶棒下端，所述引杆下端紧固石英靶棒上端，所述引杆上端垂直固定于升降平台的下底面，从而使vad疏松体垂直悬挂于升降平台下底面。

所述引杆由高纯石英制作，耐高温。

所述的激光发射器、激光接收器和激光测距仪发射器均通过金属支架固定于烧结炉的炉口上端l1高度位置，所述的l1取值范围为20~50mm。

所述的激光发射器和激光接收器之间形成水平激光贯穿轴线a，所述的激光测距仪发射器和激光测距仪接收器之间形成垂直激光贯穿轴线b。

一种采用用于监测vad疏松体烧结长度的装置的监测方法：操作人员在控制系统中手动输入待烧结vad疏松体长度l0，并将石英盖板从石英炉芯管管口移走，待烧结vad疏松体沉积附着在石英靶棒表面，将沉积获得的vad疏松体通过石英把棒固定于杆连接筒底部，杆连接筒顶部固定于引杆底部，引杆垂直悬挂于升降平台下底面，启动升降平台带动vad疏松体向烧结炉下降，激光发射器发射激光沿激光贯穿轴线a被激光操作人员依据vad疏松体的沉积长度在控制系统中手动输入待烧结vad疏松体的预估烧结长度l0，待烧结vad疏松体沉积附着在石英靶棒表面，将沉积获得的vad疏松体通过石英把棒固定于引杆底部，引杆垂直悬挂于升降平台下底面，启动升降平台带动vad疏松体向烧结炉下降，激光发射器发射激光沿激光贯穿轴线a被激光接收器接收，在vad疏松体底部触碰水平激光贯穿轴线a时，激光接收器接收到的接收功率p瞬间降为0，功率变化以电信号实时反馈给控制系统和plc控制模块，同步地，激光测距仪接收器通过垂直激光贯穿轴线b接收到激光测距仪发射器发射的测距信号，测距信号经信号放大器放大后传输至测距传感器，测距传感器通过放大后的测距信号计算出的激光测距长度lx0并实时传输至控制系统，此时控制系统可计算出vad疏松体的真实烧结长度l2为：

l2=lx0-l3-l4（式1）

式中：l2为vad疏松体的真实烧结长度，lx0为激光测距长度，l3为石英靶棒的长度，l4为引杆的长度；

然后，控制系统进一步计算出vad疏松体的真实烧结长度l2与操作人员手动输入的预估烧结长度l0的差异值△l为：

△l=|l2-l0|（式2）

式2中：l2为vad疏松体的真实烧结长度，l0为操作人员手动输入的vad疏松体的预估烧结长度；

在进行vad疏松体烧结长度监测前，操作人员对△l设定差异范围a，在监测过程中，当控制系统计算出的△l数值超出差异范围a时，plc控制模块发出声光报警，同步地，控制系统通过控制升降电机驱动升降平台带动vad疏松体重新上提至水平激光贯穿轴线a上方位置，plc控制模块复位声光报警，现场操作人员复查待烧结vad疏松体的预估烧结长度l0，并纠正l0的数值，然后重复上述操作，从而完成对vad疏松体烧结长度的监测。

进一步地，所述的激光测距仪发射器在vad疏松体下降至临近水平激光贯穿轴线a时开始发射测距信号。

进一步地，所述的激光测距长度lx0为激光测距仪发射器与激光测距仪接收器的实时纵向间距。

优化地，所述的差异范围a为0~3mm，所述的l3和l4分别介于400~600mm和2000~4000mm。

本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种用于监测vad疏松体烧结长度的装置，工艺和生产活动开始前，利用控制系统自动计算出vad疏松体真实的烧结长度，并及时反馈到控制系统和现场操作人员，并通过plc控制模块声光报警提醒操作人员复查其设置的待烧结vad疏松体长度是否正确并及时纠正，以避免烧结过程中因为人工设定错误带来光纤预制棒母棒的光学性能和光纤拉丝合格率恶化，光纤预制棒母棒报废和靶棒拉细拉断导致光纤预制棒母棒掉落炉芯管底部砸碎石英炉芯管的风险，提高vad疏松体的烧结效率和保证炉芯管等使用设备的安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为引杆、杆连接筒、石英靶棒和vad疏松体的长度示意图；

图3为vad疏松体不同烧结效率成果图。

其中的附图标记为：塔架导轨1、升降平台2、引杆3、激光发射器4、激光接收器5、控制系统6、激光测距仪发射器7、激光测距仪接收器8、信号放大器9、测距传感器10、plc控制模块11。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1所示，一种用于监测vad疏松体烧结长度的装置，包括塔架导轨1、沿塔架导轨1上下移动的升降平台2、引杆3、激光发射器4、激光接收器5、控制系统6、激光测距仪发射器7、激光测距仪接收器8、信号放大器9、测距传感器10和plc控制模块11，其特征在于，vad疏松体通过引杆3垂直悬挂于升降平台2下底面，vad疏松体的正下方放置有烧结炉，烧结炉的炉口上端l1高度位置分别固定安装有激光发射器4和激光接收器5，激光发射器4和激光接收器5横向上位于vad疏松体两侧，纵向上位于炉芯管与vad疏松体之间，激光发射器4和激光接收器5分别与控制系统6相连，控制系统6还与激光测距仪发射器7相连，激光测距仪发射器7也位于炉芯管管口上端l1高度位置，激光测距仪发射器7正上方安装有激光测距仪接收器8，激光测距仪接收器8固定于升降平台2底部，激光测距仪接收器8依次通过信号放大器9和测距传感器10与控制系统6相连，控制系统6的内部安装plc控制模块11，plc控制模块11通过声光报警提醒操作人员对输入的vad疏松体烧结长度进行复查和纠正。

实施例中，升降平台2上安装有升降电机，升降电机可驱动升降平台2带动vad疏松体升降运动，控制系统6控制升降电机工作。

实施例中，vad疏松体附着在石英靶棒下端，引杆3下端紧固石英靶棒上端，引杆3上端垂直固定于升降平台2的下底面，从而使vad疏松体垂直悬挂于升降平台2下底面。

实施例中，引杆3由高纯石英制作，耐高温。

实施例中，激光发射器4、激光接收器5和激光测距仪发射器7均通过金属支架固定于烧结炉的炉口上端l1高度位置，l1取值范围为20~50mm。

实施例中，激光发射器4和激光接收器5之间形成水平激光贯穿轴线a，激光测距仪发射器7和激光测距仪接收器8之间形成垂直激光贯穿轴线b。

一种采用用于监测vad疏松体烧结长度的装置的监测方法：操作人员依据vad疏松体的沉积长度在控制系统6中手动输入待烧结vad疏松体的预估烧结长度l0，并将石英盖板从石英炉芯管管口移走，待烧结vad疏松体沉积附着在石英靶棒表面，将沉积获得的vad疏松体通过石英把棒固定于引杆3底部，引杆3垂直悬挂于升降平台2下底面，启动升降平台2带动vad疏松体向烧结炉下降，激光发射器4发射激光沿激光贯穿轴线a被激光接收器5接收，在vad疏松体底部触碰水平激光贯穿轴线a时，激光接收器5接收到的接收功率p瞬间降为0，功率变化以电信号实时反馈给控制系统6和plc控制模块11，同步地，激光测距仪接收器8通过垂直激光贯穿轴线b接收到激光测距仪发射器7发射的测距信号，测距信号经信号放大器9放大后传输至测距传感器10，测距传感器10通过放大后的测距信号计算出的激光测距长度lx0并实时传输至控制系统6，此时控制系统6可计算出vad疏松体的真实烧结长度l2为：

l2=lx0-l3-l4（式1）

式中：l2为vad疏松体的真实烧结长度，lx0为激光测距长度，l3为石英靶棒的长度，l4为引杆3的长度；

然后，控制系统6进一步计算出vad疏松体的真实烧结长度l2与操作人员手动输入的预估烧结长度l0的差异值△l为：

△l=|l2-l0|（式2）

式2中：l2为vad疏松体的真实烧结长度，l0为操作人员手动输入的vad疏松体的预估烧结长度；

在进行vad疏松体烧结长度监测前，操作人员对△l设定差异范围a，在监测过程中，当控制系统6计算出的△l数值超出差异范围a时，plc控制模块11发出声光报警，同步地，控制系统6通过控制升降电机驱动升降平台2带动vad疏松体重新上提至水平激光贯穿轴线a上方位置，plc控制模块11复位声光报警，现场操作人员复查待烧结vad疏松体的预估烧结长度l0，并纠正l0的数值，然后重复上述操作，从而完成对vad疏松体烧结长度的监测。

所述的激光测距仪发射器7在vad疏松体下降至临近水平激光贯穿轴线a时开始发射测距信号。

所述的激光测距长度lx0为激光测距仪发射器7与激光测距仪接收器8的实时纵向间距。

所述的差异范围a为0~3mm，石英靶棒长度l3和引杆3长度l4分别介于400~600mm和2000~4000mm。

采用本监测vad疏松体烧结长度的装置进行vad疏松体烧结长度的监测的具体步骤为：

步骤1为监测前清理阶段：操作人员检查确保激光发射器4、激光接收器5、激光测距仪发射器7和激光测距仪接收器8均支撑平稳，并清除这些激光设备周围其他运行震动过大的设备，同时清除掉水平激光贯穿轴线a与垂直激光贯穿轴线b之间的障碍物，并对塔架导轨1和升降平台2做好减震处理；

步骤2为vad疏松体烧结长度监测前准备阶段：操作人员在控制系统6中设定△l为2mm，然后在控制系统6中输入待烧结vad疏松体的预估烧结长度l0，将将通过vad沉积获得的石英靶棒长度为500mm的vad疏松体固定于长度为3500mm的引杆3底部，引杆3垂直悬挂于升降平台2下底面；

步骤3为vad疏松体烧结长度监测阶段：操作人员启动升降平台2，并设置升降平台2以300mm/min的下降速度穿越烧结炉炉口上端40mm的水平激光贯穿轴线a，同步地，激光发射器4发射激光沿激光贯穿轴线a被激光接收器5接收，在vad疏松体底部触碰水平激光贯穿轴线a时，激光接收器5接收到的接收功率p瞬间降为0，功率变化以电信号实时反馈给控制系统6和plc控制模块11，在vad疏松体下降至临近水平激光贯穿轴线a时，激光测距仪发射器7开始发射测距信号，激光测距仪接收器8通过垂直激光贯穿轴线b接收到激光测距仪发射器7发射的测距信号，测距信号经信号放大器9放大后传输至测距传感器10，测距传感器10通过放大后的测距信号计算出的激光测距长度lx0并实时传输至控制系统6，此时控制系统6可计算出vad疏松体的真实烧结长度l2为：l2=lx0-l3-l4=lx0-500-3500=lx0-4000，然后，控制系统6进一步计算出vad疏松体的真实烧结长度l2与操作人员手动输入的预估烧结长度l0的差异值△l为：△l=|l2-l0|=|lx0-4000-l0|，在监测作业过程中，如果△l数值大于2mm，同步地，本监测vad疏松体烧结长度的装置通过plc控制模块11发出声光报警，同步地，控制系统6通过控制升降电机驱动升降平台2带动vad疏松体重新上提至水平激光贯穿轴线a上方位置，plc控制模块11复位声光报警，现场操作人员复查待烧结vad疏松体的预估烧结长度l0，并纠正l0的数值，然后重复上述操作，从而完成对vad疏松体烧结长度的监测。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。