專利名稱：光纖張緊裝置和控制施加在光纖上的張力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖張緊裝置和一種控制施加在光纖上的張力的方法，尤其是在纏繞光纖過程中。
通常，光纖在拉伸塔中由玻璃材料預(yù)制件形成。拉伸塔通常具有牽引裝置(“絞盤”)，例如電動(dòng)滑輪，能夠向下拉制光纖并把光纖送到存放裝置；后者通常由電動(dòng)卷筒構(gòu)成。光纖纏繞在上面。
在許多工作狀態(tài)下，牽引裝置拉制光纖的速度(拉引速度)可能與把光纖送到存放裝置的速度不一致，例如由于驅(qū)動(dòng)牽引裝置和存放裝置的電動(dòng)機(jī)速度的波動(dòng)。這兩個(gè)速度之間的差異導(dǎo)致光纖中的張力相對(duì)于目標(biāo)張力變化；尤其是，光纖張力大于目標(biāo)張力時(shí)可能損壞光纖，而光纖張力小于目標(biāo)張力時(shí)可能導(dǎo)致存放過程效率低下。
為了解決這一問題，已知一種習(xí)慣做法是使用一種張緊裝置，該裝置插在牽引裝置和存放裝置之間并能夠控制光纖的張力。具體地說，已知一種拉伸裝置包括至少一個(gè)定滑輪和一個(gè)能夠引導(dǎo)光纖的動(dòng)滑輪。動(dòng)滑輪的運(yùn)動(dòng)能夠使得光纖的張力改變。在這里和說明書的其他部分，術(shù)語“定滑輪”是指能夠圍繞它的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)而且軸的位置固定的滑輪，而術(shù)語“動(dòng)滑輪”是指能夠圍繞它的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)而且軸的位置可變化的滑輪。
美國專利4,712,866描述了一種張緊裝置，設(shè)置在拉伸塔的牽引裝置和包括卷繞筒的存放裝置之間。該張緊裝置包括一對(duì)定滑輪和一個(gè)位于擺動(dòng)臂上的動(dòng)滑輪，所述擺動(dòng)臂也稱為“張緊臂”，帶有重錘。張緊臂完成傳統(tǒng)的速度控制以便把光纖以上述重錘確定的張力纏繞在卷繞筒上。
美國專利5,790,292涉及一種光纖傳輸線，其中描述了拉伸塔，其中具有兩個(gè)滑輪的張緊裝置插在牽引裝置和卷繞筒之間(圖7)。
美國專利4,138,069描述了用于光學(xué)玻璃絲的卷繞裝置，其中牽引裝置從熔融玻璃中拉制玻璃絲并通過張緊裝置送到一組卷繞筒。該張緊裝置包括兩個(gè)定滑輪和一個(gè)安裝在張緊臂一端的動(dòng)滑輪。所述張緊臂從一個(gè)裝置伸出，其中彈簧或其他裝置施加一個(gè)恒力以便驅(qū)使動(dòng)滑輪遠(yuǎn)離定滑輪。
張緊裝置也可以用于拉伸塔以外的裝置中。
美國專利5,076,104描述了一種用于測(cè)量光纖斷裂載荷的裝置，其中具有包括一對(duì)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪的張緊裝置。還具有包括一個(gè)定槽輪和一個(gè)動(dòng)槽輪的張緊裝置；后者定位于定槽輪的下面，可在垂直方向運(yùn)動(dòng)并與預(yù)定重錘相連。在路徑上的光纖被纏繞在定槽輪和動(dòng)槽輪上，這樣保持恒定張力。
美國專利4,505,222描述了一種光纖擠壓涂層裝置，其中張緊裝置設(shè)置在緊接卷繞筒的上游。
美國專利4,127,370描述了一種光纖擠壓涂層裝置，其中第一、第二和第三滑輪位于裝置的入口處，緊接退繞筒的下游。第一和第二滑輪彼此分開并與退繞筒分開。第三滑輪沒有支架，并支承在位于第一和第二滑輪之間的光纖上，這樣由于第三滑輪的重量，光纖在第一和第二滑輪之間沿著U形路徑通過。使用一對(duì)光電管檢測(cè)第三滑輪的垂直位置，并以控制退繞筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的方式控制第三滑輪的垂直位置，從而使光纖的張力保持基本恒定。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)已知類型的張緊裝置需要利用重力和/或預(yù)定的彈性作用以便控制動(dòng)滑輪的位置，向動(dòng)滑輪施加不可控制的預(yù)定力。因此以任何方式均不能調(diào)整施加到定滑輪上的力以便調(diào)整張緊裝置的靈敏度。因此，同利用已知裝置實(shí)現(xiàn)的張力控制是不可調(diào)整類型的，在某些工作條件下可能是不夠的。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用如下的光纖張緊裝置至少可以部分解決上述問題，其中具有一個(gè)光纖在上面運(yùn)行的動(dòng)滑輪、一個(gè)用于測(cè)量施加在光纖上的張力的裝置和一個(gè)用于移動(dòng)動(dòng)滑輪的裝置，該裝置能夠根據(jù)張力測(cè)量裝置產(chǎn)生的信號(hào)控制動(dòng)滑輪的位置。
根據(jù)本發(fā)明的張緊裝置，在它的輸入端能夠從光纖導(dǎo)軌或者返回元件或者從其他類型的裝置接收光纖，例如牽引裝置或者退繞裝置，并能夠在自動(dòng)控制光纖的張力后，在它的輸出端向另外的導(dǎo)軌或者返回元件或者向另外的裝置例如光纖存放裝置(尤其是卷繞裝置)提供光纖。
更詳細(xì)地說，根據(jù)本發(fā)明的張緊裝置包括由支架結(jié)構(gòu)支承的定滑輪和由滑塊支承的動(dòng)滑輪，所述滑塊能夠沿著由支架結(jié)構(gòu)支承的直線導(dǎo)軌滑動(dòng)。
進(jìn)入張緊裝置的光纖被圍繞定滑輪纏繞一個(gè)定長度，并從這里傳遞到動(dòng)滑輪，圍繞動(dòng)滑輪光纖被纏繞另一定長度。定滑輪和動(dòng)滑輪的軸之間的距離可以變化以便改變延伸在兩個(gè)滑輪之間的光纖部分的長度，并因此改變施加在光纖上的張力。為了改變定滑輪和動(dòng)滑輪的軸之間的距離，如上所述，使用光纖張力測(cè)量裝置例如與定滑輪相連的載荷傳感器，以及用于移動(dòng)滑塊的裝置，所述滑塊能夠根據(jù)張力測(cè)量裝置提供的信號(hào)控制滑輪軸之間的距離，以便自動(dòng)保持光纖中的張力幾乎恒定。移動(dòng)裝置可以包括電動(dòng)機(jī)和用于把運(yùn)動(dòng)從電動(dòng)機(jī)傳遞到滑塊的系統(tǒng)，例如螺桿和螺母配合副，其中螺桿平行于直線軌道延伸并可在電動(dòng)機(jī)的力的作用下回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其中螺母連接到滑塊上或者傳輸帶上，例如鋸齒形傳輸帶。
因?yàn)樯鲜龉饫w張緊裝置自動(dòng)控制光纖中的張力而不使用重力或其他預(yù)定力，所以它能夠用于以希望的方式調(diào)整施加在光纖上的張力。
在這種方式下，使得動(dòng)滑輪的運(yùn)動(dòng)與重力或預(yù)定的彈力完全無關(guān)，而是利用可控制的力實(shí)現(xiàn)。
因此提供了一種其自身能夠自動(dòng)適應(yīng)工作條件變化的張緊裝置。
按照第一方面，本發(fā)明涉及一種用于光纖前進(jìn)路徑上的光纖張緊裝置，該裝置包括至少一個(gè)動(dòng)滑輪，光纖圍繞該動(dòng)滑輪至少纏繞一個(gè)預(yù)定長度，所述動(dòng)滑輪的位置能夠變化以便改變施加到光纖上的張力；還包括能夠測(cè)量所述施加的張力并產(chǎn)生表示所述張力的信號(hào)的張力測(cè)量裝置，以及用于移動(dòng)所述動(dòng)滑輪的電動(dòng)裝置，該裝置能夠接收所述表示張力的信號(hào)并根據(jù)該信號(hào)移動(dòng)動(dòng)滑輪，以便自動(dòng)保持施加在光纖上的張力基本上恒定。
優(yōu)選，張緊裝置還包括定滑輪，光纖圍繞該定滑輪纏繞至少一定長度，所述定滑輪和所述動(dòng)滑輪的軸之間的距離可以變化以便改變施加到光纖上的張力，所述電動(dòng)移動(dòng)裝置能夠控制所述距離以便自動(dòng)保持施加到光纖的張力基本上不變。
所述電動(dòng)移動(dòng)裝置可以包括一個(gè)導(dǎo)軌和一個(gè)拖動(dòng)裝置，支承所述動(dòng)滑輪的滑塊可沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)，所述拖動(dòng)裝置用于沿著所述導(dǎo)軌移動(dòng)所述滑塊。
所述拖動(dòng)裝置可以包括利用電動(dòng)機(jī)的力能夠作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)螺桿和連接到所述滑塊上的一個(gè)螺母，或者一個(gè)電動(dòng)機(jī)和把該電動(dòng)機(jī)連接到滑塊的傳動(dòng)皮帶型(例如，使用一種鋸齒形帶)傳輸系統(tǒng)。
張緊裝置可以包括電控裝置，在它的輸入端接收參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)，并能夠響應(yīng)所述輸入信號(hào)產(chǎn)生用于所述電動(dòng)移動(dòng)裝置的閉環(huán)控制的操作信號(hào)。
所述電控裝置優(yōu)選是用于閉環(huán)控制施加到光纖上的張力的裝置，包括-一個(gè)減法器，與光纖的目標(biāo)張力成比例的張力參考信號(hào)和由所述表示光纖張力的信號(hào)構(gòu)成的測(cè)量信號(hào)被提供給該減法器；和-一個(gè)控制器，優(yōu)選是比例-積分-微分控制器，在它的輸入端接收所述減法器的輸出端提供的張力誤差信號(hào)，并在它的輸出端產(chǎn)生能夠用于操作所述電動(dòng)移動(dòng)裝置和控制所述距離的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
這樣實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖中的張力進(jìn)行閉環(huán)控制，通過這樣閉環(huán)控制該張力被連續(xù)不斷地監(jiān)視，當(dāng)測(cè)得的張力偏離參考張力時(shí)就使得移動(dòng)裝置立即調(diào)整。這樣保持光纖中的張力總是等于參考張力，實(shí)現(xiàn)特別精確地控制。
優(yōu)選，所述張力測(cè)量裝置可以包括載荷傳感器，該載荷傳感器連接到所述定滑輪上并能夠在它的輸出端產(chǎn)生所述表示張力的信號(hào)。
優(yōu)選，所述電動(dòng)移動(dòng)裝置包括導(dǎo)軌和拖動(dòng)裝置，支承所述動(dòng)滑輪的滑塊可沿所述軌道移動(dòng)，所述施動(dòng)裝置用于沿著所述導(dǎo)軌移動(dòng)所述滑塊；所述電控裝置構(gòu)成用于閉環(huán)控制所述滑塊沿著所述導(dǎo)軌的位置的系統(tǒng)。
優(yōu)選，為了操作，張緊裝置連接到用于存放光纖的裝置上，所述用于存放光纖的裝置能夠從張緊裝置接收光纖，而且所述用于閉環(huán)控制所述滑塊沿著所述導(dǎo)軌的位置的系統(tǒng)包括-另一個(gè)減法器，與所述滑塊沿著所述導(dǎo)軌的參考位置相關(guān)的位置參考信號(hào)和與所述滑塊沿著所述導(dǎo)軌的實(shí)際位置成比例的測(cè)量信號(hào)被提供給該減法器；和-另一個(gè)控制器，優(yōu)選是比例-積分-微分控制器，在它的輸入端接收所述另一個(gè)減法器的輸出端提供的位置誤差信號(hào)，并在它的輸出端產(chǎn)生能夠用于操作所述存放裝置的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
所述存放裝置優(yōu)選包括至少一個(gè)電動(dòng)卷筒，來自所述張緊裝置的光纖被纏繞在該電動(dòng)卷筒上，該電動(dòng)卷筒在電動(dòng)機(jī)的作用下圍繞它的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，而且所述另一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠用于控制所述電動(dòng)機(jī)。
所述電控裝置優(yōu)選包括積分器，該積分器在它的輸入端接收與所述滑塊沿著所述軌道運(yùn)動(dòng)的速度相關(guān)的信號(hào)并在它的輸出端產(chǎn)生與所述滑塊沿著所述軌道的實(shí)際位置成比例的所述測(cè)量信號(hào)。
這樣，確保動(dòng)滑輪總是保持在參考位置附近，總是能夠從所述參考位置以通常方式移動(dòng)所述動(dòng)滑輪以便補(bǔ)償張力變化；這樣不允許滑塊位于極限位置上，在所述極限位置上滑塊在其中的一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上不能移動(dòng)動(dòng)滑輪。
按照另一方面，本發(fā)明涉及一種沿著光纖前進(jìn)路徑施加到光纖上的張力的控制方法，該方法包括形成所述路徑的具有一定長度的一個(gè)部分的步驟，所述長度能夠改變以便改變施加到所述光纖上的張力，和測(cè)量施加到所述光纖上的張力及根據(jù)所述測(cè)量張力利用電動(dòng)機(jī)以自動(dòng)方式控制所述長度的步驟，以便保持光纖中的張力基本上恒定。
優(yōu)選，該方法包括根據(jù)至少一個(gè)參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)閉環(huán)控制施加到所述光纖的張力的步驟，所述至少一個(gè)參考信號(hào)與光纖的目標(biāo)張力成比例，所述測(cè)量信號(hào)在測(cè)量張力的步驟產(chǎn)生并與光纖實(shí)際承受的張力成比例。
所述閉環(huán)控制張力的步驟優(yōu)選包括如下步驟-比較所述張力參考信號(hào)與所述測(cè)量信號(hào)，產(chǎn)生一張力誤差信號(hào)；和-處理所述張力誤差信號(hào)，在輸出端產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠用于通過電動(dòng)機(jī)放變所述長度和保持光纖中的張力基本上恒定。
該方法優(yōu)選包括根據(jù)至少一個(gè)位置參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)閉環(huán)控制可動(dòng)元件的位置的步驟，所述至少一個(gè)位置參考信號(hào)與所述可動(dòng)元件的目標(biāo)位置成比例，所述測(cè)量信號(hào)與所述可動(dòng)元件的瞬時(shí)位置成比例，所述可動(dòng)元件的位置變化引起所述長度變化。
該方法優(yōu)選還包括在所述前進(jìn)路徑的終端存放光纖的步驟；所述閉環(huán)控制所述可動(dòng)元件的位置的步驟包括如下步驟-比較所述位置參考信號(hào)與所述位置測(cè)量信號(hào)，產(chǎn)生一位置誤差信號(hào)；和-處理所述位置誤差信號(hào)，在輸出端產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠用于改變存放光纖的速度。
按照另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及光纖處理系統(tǒng)，例如一個(gè)拉伸塔、一條擠壓線路或者一個(gè)用于測(cè)量光纖的斷裂強(qiáng)度的設(shè)備，其中具有一個(gè)光纖張緊裝置，該光纖張緊裝置能夠在它的輸入端從光纖源例如光纖牽引裝置接收光纖，并能夠在它的輸出端把光纖提供給用于存放光纖的裝置，例如電動(dòng)卷筒，所述張緊裝置包括至少一個(gè)動(dòng)滑輪所述光纖圍繞所述動(dòng)滑輪纏繞至少一個(gè)定長度，所述動(dòng)滑輪的位置可以變化以便改變施加到所述光纖的張力，所述張緊裝置還包括能夠測(cè)量所施加的張力并能夠產(chǎn)生表示所述張力的信號(hào)的一個(gè)張力測(cè)量裝置，和一個(gè)電動(dòng)移動(dòng)所述動(dòng)滑輪的裝置，該裝置能夠接收所述表示張力的信號(hào)并能夠根據(jù)所述表示張力的信號(hào)移動(dòng)動(dòng)滑輪以便自動(dòng)保持光纖中的張力基本上恒定。
優(yōu)選，該系統(tǒng)包括能夠提供一個(gè)閉環(huán)控制施加到光纖上張力的系統(tǒng)的一個(gè)電控裝置，并包括-一個(gè)減法器，與光纖的目標(biāo)張力成比例的張力參考信號(hào)和由所述表示光纖張力的信號(hào)構(gòu)成的測(cè)量信號(hào)提供給該減法器；和-一個(gè)控制器，優(yōu)選是比例-積分-微分控制器，在它的輸入端接收所述減法器的輸出端提供的張力誤差信號(hào)，并在它的輸出端產(chǎn)生能夠用于操作所述電動(dòng)移動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
優(yōu)選，所述電動(dòng)移動(dòng)裝置包括一個(gè)導(dǎo)軌和一個(gè)拖動(dòng)裝置，支承所述動(dòng)滑輪的滑塊可沿所述導(dǎo)軌移動(dòng)，所述拖動(dòng)裝置用于沿著所述導(dǎo)軌移動(dòng)所述滑塊；所述電控裝置提供所述滑塊沿著所述導(dǎo)軌的位置的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
優(yōu)選，為了操作，張緊裝置連接到光纖存放裝置上，而且所述用于閉環(huán)控制所述滑塊沿著所述導(dǎo)軌的位置的系統(tǒng)包括-另一個(gè)減法器，與所述滑塊沿著所述軌道的參考位置相關(guān)的位置參考信號(hào)和與所述滑塊沿著所述軌道的實(shí)際位置成比例的測(cè)量信號(hào)提供給該減法器；和-另一個(gè)控制器，優(yōu)選是比例-積分-微分控制器，在它的輸入端接收所述另一個(gè)減法器的輸出端提供的位置誤差信號(hào)，并在它的輸出端產(chǎn)生能夠用于操作所述存放裝置的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
現(xiàn)在將具體參考附圖描述本發(fā)明，這些附圖是非限制性地代表本發(fā)明的最佳實(shí)施例，其中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明制成的光纖張緊裝置的平面圖；和圖2示出用于控制根據(jù)本發(fā)明制成的圖1中裝置的電子單元的方塊圖。
在圖1中，序號(hào)1表示作為一個(gè)整體的光纖張緊裝置。
張緊裝置1包括支承板3(例如由金屬制成)，由框架(未示出)支承，該框架使得支持板3能夠以固定方式定位，例如在水平或垂直位置。
張緊裝置1還包括至少一個(gè)直線導(dǎo)軌5，在該具體情況下由兩個(gè)園柱桿12a、12b形成，所述園柱桿由支承板3支承，和滑塊7，所述滑塊7可以沿著直線導(dǎo)軌5往返運(yùn)動(dòng)并支承第一滑輪9，后面將稱為動(dòng)滑輪?；瑝K7的運(yùn)動(dòng)方向在圖1中用D表示。
園柱桿12a、12b設(shè)置成彼此平行，而且它們各自的端部位置由固定到支承板3上的成對(duì)支架15a、15b支承?；瑝K7在平面圖中可以是長方形形狀，而且可以具有分別與桿12a、12b配合的滑動(dòng)元件7a、7b；例如滑決7與桿12a、12b之間的滑動(dòng)配合可以利用滑動(dòng)軸承18或者滾珠軸承環(huán)形成。
動(dòng)滑輪9優(yōu)選由銷釘20支承，銷釘9從滑塊7伸出并垂直于滑塊7，這時(shí)動(dòng)滑輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于滑塊7的運(yùn)動(dòng)方向D。
可以通過電動(dòng)機(jī)24的力使滑塊7運(yùn)動(dòng)，優(yōu)選是電動(dòng)機(jī)的輸出軸連接到位于桿12a、12b之間并平行于它們延伸的螺桿26上。電動(dòng)機(jī)24可以凸出方式安裝在固定于支承板3上的支座28上，螺桿26的端部優(yōu)選由也固定在支承板3上的相應(yīng)支架30a、30b支承。優(yōu)選，螺桿26連接到滾珠式螺母(circulating ballnut未示出)上，該滾珠式螺母固定在滑塊7的與動(dòng)滑輪9所在面相反的面上。
或者，從電動(dòng)機(jī)24到動(dòng)滑輪9的傳動(dòng)可以利用皮帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，例如利用鋸齒形皮帶(未示出)。
張緊裝置1還包括由銷釘33支承的第二滑輪32，后面將稱為定滑輪，所述銷釘33優(yōu)選垂直于支承板3延伸，例如在支承板3上與電動(dòng)機(jī)24所在的位置相對(duì)的部分上。
定滑輪32優(yōu)選與動(dòng)滑輪9具有相同的直徑，而且滑輪9和32的轉(zhuǎn)動(dòng)軸優(yōu)選彼此平行。
電動(dòng)機(jī)24的角位移產(chǎn)生滑塊7沿著導(dǎo)軌5的直線運(yùn)動(dòng)，從而改變動(dòng)滑輪9和定滑輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離Dp。
具體地說，距離Dp可以在最小值(DpMin)和最大值(DpMax)之間連續(xù)變化，對(duì)于所述最小值滑塊7位于第一極限位置(未示出)，在該位置上它靠在遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)24的支架15a、15b上，對(duì)于所述最大值滑塊7位于第二極限位置(未示出)，在該位置上它靠在靠近電動(dòng)機(jī)24的支架15a、15b上。
張緊裝置1還可以包括透明保護(hù)罩(殼體-未示出)，該保護(hù)罩可以連接到支承板3上而且能夠容納支承板所支承的所有部件。
張緊裝置1可以被安裝在光纖35的前進(jìn)路徑上，例如在光纖的拉伸塔(未示出)中，而且能夠從光纖源37(示意性示出)接收光纖。在這里考慮的非限制性例子中，光纖源37是光纖拉伸塔(未示出)的牽引裝置(“絞盤”)?；蛘撸饫w源37可以是返回或引導(dǎo)光纖的任意元件或裝置或者是光纖退繞筒。
光纖35從牽引裝置37延伸到定滑輪32形成第一直線部分35a，被圍繞定滑輪32(例如繞過180°)，在定滑輪32和動(dòng)滑輪9之間延伸形成第二直線部分35b，被圍繞動(dòng)滑輪9纏繞(例如繞過180°)，最后在動(dòng)滑輪9和另一裝置40之間延伸，這樣形成第三直線部分35c。在這里考慮的非限制性例子中，裝置40(示意性示出)是包括電動(dòng)卷筒42的存放裝置，光纖35可以纏繞在所述電動(dòng)卷筒42上。電動(dòng)卷筒42在電動(dòng)機(jī)45的作用下可以圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸43旋轉(zhuǎn)。或者，裝置40可以是用于返回或者引導(dǎo)光纖的任意元件或者裝置。
優(yōu)選，直線部分35a、35b、35c彼此平行，但不是必須的。
在裝置37與張緊裝置1之間、在張緊裝置1與裝置40之間優(yōu)選具有返回滑輪，為簡(jiǎn)單起見在圖1中沒有示出。
電子控制單元50通過相應(yīng)的功率驅(qū)動(dòng)電路(“驅(qū)動(dòng)器”)24p、45p能夠控制電動(dòng)機(jī)24和電動(dòng)機(jī)45。
優(yōu)選，張緊裝置1包括張力測(cè)量裝置56，例如載荷傳感器，優(yōu)選連接到定滑輪32的銷釘33上。張力測(cè)量裝置56能夠產(chǎn)生與光纖35所承受的張力成比例的信號(hào)Tmis，并連接到電子控制單元50以便把信號(hào)Tmis提供給電子控制單元50。
特別參考附圖2，詳細(xì)示出了電子控制單元50。電子控制單元50包括減法器60，與光纖目標(biāo)張力成比例的信號(hào)T0和與光纖35實(shí)際承受的張力成比例的信號(hào)Tmis被提供給所述減法器60。減法器60在它的輸出端產(chǎn)生誤差信號(hào)ε=ΔT=T0-Tmis(張力誤差)，并把該誤差信號(hào)提供給控制器62，尤其是PID控制器(比例-積分-微分)控制器，該比例-積分-微分控制器在它的輸出端產(chǎn)生信號(hào)ω(電壓信號(hào)，與通過電壓操作的驅(qū)動(dòng)電路24p匹配)。
PID控制器是這樣的控制器，在接收輸入信號(hào)Si時(shí)產(chǎn)生的輸出信號(hào)So，通常由下式給出S0(t)=Kp·(Si(t)+lTi∫0tSi(t)·dt+Td·dSi(t)dt)]]>因此PID控制器能夠由三個(gè)常數(shù)Kp、Ki=Kp/Ti和Kd=Kp·Td表示。
在信號(hào)ω被驅(qū)動(dòng)電路24p(已知類型)轉(zhuǎn)換和變換為功率信號(hào)后，被用來操作電動(dòng)機(jī)24。因此電動(dòng)機(jī)24的旋轉(zhuǎn)速度與信號(hào)ω有關(guān)。信號(hào)ω也被提供給轉(zhuǎn)換單元64，該轉(zhuǎn)換單元在它的輸出端產(chǎn)生與滑塊7沿著導(dǎo)軌5運(yùn)動(dòng)的直線速度有關(guān)的輸出信號(hào)V。
在實(shí)際中，如果Vmax是電動(dòng)機(jī)24的最大速度(表示為轉(zhuǎn)/秒)，ωmax則是信號(hào)ω與最大速度Vmax相關(guān)的(電壓)值，p是螺桿26的螺距，ω(t)是信號(hào)ω在瞬時(shí)t的一般值(由控制器62的輸出端提供)，轉(zhuǎn)換單元64在它的輸出端產(chǎn)生信號(hào)V，該信號(hào)在瞬時(shí)t的值V(t)由下式給出V(t)=νmaxωmax·ω(t)·p]]>實(shí)際中，轉(zhuǎn)換單元64完成螺桿26的旋轉(zhuǎn)角度與滑塊7的線速度之間的轉(zhuǎn)換功能。
信號(hào)V被提供給另一轉(zhuǎn)換單元66，該轉(zhuǎn)換單元通過對(duì)信號(hào)V積分，在它的輸出端產(chǎn)生一與滑塊7沿著導(dǎo)軌5的瞬時(shí)位置有關(guān)的信號(hào)Pmis(電壓)。
位置信號(hào)Pmis被提供給減法器70，與滑塊7沿著導(dǎo)軌5的目標(biāo)位置相當(dāng)?shù)男盘?hào)P0也被提供給該減法器。優(yōu)選，滑塊的目標(biāo)位置是第一和第二極限位置之間的中間位置。
減法器70在它的輸出端產(chǎn)生一誤差信號(hào)ε=ΔP=P0-Pmis，并把該誤差信號(hào)提供給控制器72(實(shí)際上是PID(比例-積分-微分)控制器)，該控制器在它的輸出端產(chǎn)生信號(hào)ωb，在驅(qū)動(dòng)電路45p(已知類型)把該信號(hào)轉(zhuǎn)換和變換為功率信號(hào)之后，該信號(hào)被用于操作電動(dòng)機(jī)45。信號(hào)ωb與卷筒42的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。
在操作中，當(dāng)存放裝置賦予輸入光纖35的速度大于從牽引裝置37輸出端提供給光纖的速度時(shí)，光纖中的張力Tmis增大并偏離目標(biāo)值T0。
因此，張力誤差ΔT(在這種情況下是負(fù)值)的絕對(duì)值增大，而且控制器62通過驅(qū)動(dòng)電路24p使得電動(dòng)機(jī)24旋轉(zhuǎn)以便使滑塊7向第一極限位置移動(dòng)，因此兩個(gè)滑輪之間的距離Dp和位于它們之間的光纖部分35b的長度減小；這樣部分35b長度的減小相對(duì)地提高了光纖中的張力，這樣光纖中的張力基本上保持不變。
因此，當(dāng)存放裝置40賦予輸入光纖35的速度小于從牽引裝置37輸出端提供給光纖的速度時(shí)，光纖中的張力Tmis減小并偏離目標(biāo)值T0。因此，張力誤差ΔT(此時(shí)是正值)增大，而且控制器62通過驅(qū)動(dòng)電路24p使得電動(dòng)機(jī)24旋轉(zhuǎn)以便使得滑塊7向第二極限位置移動(dòng)，因此兩個(gè)滑輪之間的距離Dp和部分35b的長度增大；這樣部分35b長度的增大相對(duì)地減小了光纖中的張力，這樣光纖中的張力基本上保持不變。
這樣提供了一個(gè)電動(dòng)閉環(huán)張力控制，從而使光纖中的張力回復(fù)到目標(biāo)值T0。
此外，單元66通過對(duì)信號(hào)V(與滑塊7的線速度有關(guān))積分，確定滑決7沿著導(dǎo)軌5的瞬時(shí)位置Pmis。將該瞬時(shí)位置與目標(biāo)位置P0比較，而且位置誤差ΔP被轉(zhuǎn)換單元72處理后，產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)機(jī)45的旋轉(zhuǎn)速度變量。具體地，當(dāng)滑決7比參考位置更接近于第一極限位置時(shí)(滑塊7移動(dòng)到圖1中的左側(cè))，控制系統(tǒng)使得電動(dòng)機(jī)45的旋轉(zhuǎn)速度減小以便使光纖35中的張力減小，而為了補(bǔ)償該張力偏差，張力控制環(huán)路使滑塊7向第二極限位置(換句話說是向圖1中右側(cè))移動(dòng)(通過電動(dòng)機(jī)24和螺桿26)，從而補(bǔ)償位置的變化此外，當(dāng)滑塊7比參考位置更接近于第二極限位置時(shí)(滑塊7移動(dòng)到圖1中的右側(cè))，控制系統(tǒng)使得電動(dòng)機(jī)45的旋轉(zhuǎn)速度增大以便光纖35中的張力增大，而為了補(bǔ)償該張力偏差張力控制環(huán)路把滑塊7向第一極限位置(換句話說是向圖1中左側(cè))移動(dòng)(通過電動(dòng)機(jī)24和螺桿26)，從而補(bǔ)償位置變化。
這樣提供了一個(gè)電動(dòng)閉環(huán)位置控制，從而使滑塊回復(fù)到目標(biāo)值P0。
如果愿意，位置控制器可以省去；在這種情況下，控制裝置就不包括由序號(hào)64、66、70、72和45p表示的元件。
上面的描述清楚地示出本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于動(dòng)滑輪9的運(yùn)動(dòng)只依賴于電動(dòng)機(jī)24的作用，而與施加在動(dòng)滑輪9上的重力或其他預(yù)定力(例如已知的彈力類型)完全無關(guān)。這樣，其值可以根據(jù)施加在電動(dòng)機(jī)24的操作信號(hào)自動(dòng)控制的力被施加到光纖35。張緊裝置1本身自動(dòng)適應(yīng)于操作要求的任何變化(例如拉伸速度的變化或者滑塊7的位置變化)，并把施加在光纖上的張力值回復(fù)到目標(biāo)值此外，還確保動(dòng)滑輪9總是保持在靠近參考位置上(具體地是導(dǎo)軌5的中間位置)，使其總是能夠從該位置上以有效的路線(向右或向左)移動(dòng)以便補(bǔ)償張力變化。換句話說，防止滑塊7位于靠近第一或第二極限位置，在這些位置上滑塊不能在兩個(gè)方向之一上運(yùn)動(dòng)。
張緊裝置1可以用于不同類型設(shè)備中，例如用于拉伸塔中，用于擠壓線路中或者測(cè)試光纖斷裂應(yīng)力的測(cè)試設(shè)備中(也稱為“篩選設(shè)備”)。
拉伸塔通常包括用于融化玻璃材料預(yù)型件的爐子、用于向下拉伸由熔融預(yù)型件產(chǎn)生的光纖的牽引元件(或者“絞盤”，例如單滑輪或雙滑輪類型之一)、位于爐子和牽引元件之間的用于給光纖施加保護(hù)性表面涂層(通常由丙烯酸酯形成)的涂層裝置、以及用于接收來自牽引元件的光纖的光纖卷繞筒。如上所述，張緊裝置1可以被有利地定位于牽引元件和卷繞筒之間。
擠壓線路是處理線路，使得多根光纖隨同線形支承元件沿著該線路前進(jìn)，而且沿著該線路一種聚合物材料被以如下方式擠壓在支承元件上，即聯(lián)結(jié)這些光纖并把它們保持在支承元件周圍的固定位置上，從而形成光纖的光纖芯。擠壓線路通常包括用于支承元件的退繞筒、多個(gè)光纖退繞筒、能夠在它的入口接收光纖和支承元件的擠壓機(jī)、用于從擠壓機(jī)接收在擠壓機(jī)內(nèi)形成的光纖芯的冷卻室、以及終端卷繞筒。在擠壓線路中，張緊裝置1例如可以設(shè)置在每個(gè)光纖退繞筒的下游。
篩選設(shè)備通常用于檢測(cè)光纖能否承受預(yù)定的張力，從而不受顯著結(jié)構(gòu)缺陷的影響。篩選設(shè)備通常包括用于光纖的退繞筒、用于光纖和多個(gè)引導(dǎo)和/或返回元件的卷繞筒，這些引導(dǎo)和/或返回元件能夠在退繞和卷繞筒之間形成光纖路徑，而且能夠在光纖通過期間賦予光纖預(yù)定的張力。在篩選設(shè)備中，張緊裝置1可以設(shè)置在上述路徑的任何一點(diǎn)上。
最后，顯然可以對(duì)所述張緊裝置進(jìn)行改進(jìn)和變形而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體地說，用于移動(dòng)滑塊7(螺桿26和連接到滑塊7的螺母)的系統(tǒng)可以與所述系統(tǒng)不同，例如可以包括連接到滑塊7上并能夠在兩個(gè)滑輪之間運(yùn)動(dòng)的鋸齒形皮帶(未示出)。
最后，滑塊7沿著導(dǎo)軌5的位置Pmis可以不用圖2所示的間接方法確定(換句話說通過測(cè)量速度)，而是用直接方法，即利用一列位置傳感器(未示出)，例如一列光電管，或者光學(xué)條(換句話說線形感光元件，例如線形CCD-未示出)，沿著導(dǎo)軌5設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種光纖張緊裝置，用于光纖(35)的前進(jìn)路徑上，包括至少一個(gè)動(dòng)滑輪(9)，光纖(35)圍繞該動(dòng)滑輪(9)至少纏繞一預(yù)定長度；所述動(dòng)滑輪(9)的位置能夠變化以便改變施加到光纖(35)上的張力，其特征在于它包括一能夠測(cè)量所施加的張力并產(chǎn)生一表示張力(Tmis)的信號(hào)的張力測(cè)量裝置(56)，以及用于移動(dòng)所述動(dòng)滑輪(9)的電動(dòng)移動(dòng)裝置(24,26,5,7,50)，該裝置能夠接收所述表示張力(Tmis)的信號(hào)和根據(jù)所述表示張力(Tmis)的信號(hào)移動(dòng)動(dòng)滑輪，以便自動(dòng)保持施加在光纖(35)上的張力基本上恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于它還包括一個(gè)定滑輪(32)，光纖(35)圍繞該定滑輪(32)纏繞至少一定長度；所述定滑輪(32)和所述動(dòng)滑輪的軸(33,20)之間的距離(Dp)可以變化以便改變施加到光纖上的張力；所述電動(dòng)移動(dòng)裝置(24,26,5,7)能夠控制所述距離(Dp)以便自動(dòng)保持施加到光纖上的張力基本上不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于所述電動(dòng)移動(dòng)裝置(24,26,5,7)包括一個(gè)導(dǎo)軌(5)和一個(gè)拖動(dòng)裝置(26,24)，支承所述動(dòng)滑輪(9)的滑塊(7)可沿所述導(dǎo)軌(5)移動(dòng)，所述拖動(dòng)裝置(26,24)用于沿著所述導(dǎo)軌(5)移動(dòng)所述滑塊(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于所述拖動(dòng)裝置包括在一個(gè)電動(dòng)機(jī)(24)的力的作用下能夠作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)螺桿(26)和連接到所述滑塊(7)上的一個(gè)螺母。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于所述拖動(dòng)裝置包括一個(gè)電動(dòng)機(jī)(24)和一個(gè)皮帶型運(yùn)動(dòng)傳輸系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于包括一個(gè)電控裝置(50)，在它的輸入端接收參考信號(hào)(T0,P0)和測(cè)量信號(hào)(Tmis,Pmis)，并能夠響應(yīng)所述輸入信號(hào)產(chǎn)生用于所述電動(dòng)移動(dòng)裝置(24,26,5,7)的閉環(huán)控制的操作信號(hào)(24p,45p)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于所述電控裝置(50)形成一個(gè)用于閉環(huán)控制施加到光纖(35)上的張力的系統(tǒng)，其包括-一個(gè)減法器(60)，與光纖的目標(biāo)張力成比例的張力參考信號(hào)(T0)和由所述表示張力的信號(hào)構(gòu)成的測(cè)量信號(hào)(Tmis)提供給該減法器(60)；和-一個(gè)控制器(62)，在它的輸入端接收從所述減法器(60)的輸出端提供的張力誤差信號(hào)(ε=ΔT=T0-Tmis)，并在它的輸出端產(chǎn)生一能夠用于操作所述電動(dòng)移動(dòng)裝置(24,26,5,7)和控制所述距離(Dp)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(ω)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于所述控制器(62)包括一個(gè)比例-積分-微分控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于所述張力測(cè)量裝置(56)包括一個(gè)載荷傳感器(56)，該載荷傳感器連接到所述定滑輪(32)上并能夠在它的輸出端產(chǎn)生表示所述表示張力(Tmis)的信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7的裝置，其特征在于所述電動(dòng)移動(dòng)裝置(24,26,5,7)包括一個(gè)導(dǎo)軌(5)和一個(gè)拖動(dòng)裝置(26,24)，支承所述動(dòng)滑輪(9)的滑塊(7)可沿所述導(dǎo)軌移動(dòng)，所述拖動(dòng)裝置(26,24)用于沿著所述導(dǎo)軌(5)移動(dòng)所述滑塊(7)；所述電控裝置(50)構(gòu)成用于閉環(huán)控制所述滑塊(7)沿著所述導(dǎo)軌(5)的位置的系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于為了操作它被連接到用于存放光纖的裝置(40)上，所述用于存放光纖的裝置能夠從張緊裝置接收光纖，還在于所述用于閉環(huán)控制所述滑塊(7)沿著所述導(dǎo)軌(5)的位置的系統(tǒng)包括-另一個(gè)減法器(70)，與所述滑塊(7)沿著所述導(dǎo)軌(5)的參考位置相關(guān)的位置參考信號(hào)(P0)和與所述滑塊(7)沿著所述導(dǎo)軌(5)的實(shí)際位置成比例的測(cè)量信號(hào)(Pmis)提供給該減法器(70)；和-另一個(gè)控制器(72)，在它的輸入端接收由所述另一個(gè)減法器(70)的輸出端提供的位置誤差信號(hào)(ε=Δp=P0-Pmis)，并在它的輸出端產(chǎn)生一能夠用于(45p)操作所述存放裝置(40)的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(ωb)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于所述另一個(gè)控制器(72)包括一比例-積分-微分控制器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于所述存放裝置(40)包括至少一個(gè)電動(dòng)卷筒(42)，來自所述張緊裝置(1)的光纖(35)被纏繞在該電動(dòng)卷筒(42)上，該電動(dòng)卷筒(42)在電動(dòng)機(jī)(45)的作用下能夠圍繞它的旋轉(zhuǎn)軸(43)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且所述另一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(ωb)可以用于(45p)控制所述電動(dòng)機(jī)(45)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于所述電控裝置(50)包括一積分器(66)，該積分器(66)在它的輸入端接收與所述滑塊(7)沿著所述導(dǎo)軌(5)運(yùn)動(dòng)的速度相關(guān)的信號(hào)(V)，并在它的輸出端產(chǎn)生與所述滑塊(7)沿著所述導(dǎo)軌(5)的實(shí)際位置成比例的所述測(cè)量信號(hào)(Pmis)。
15.一種控制沿著光纖(35)前進(jìn)路徑施加到光纖上的張力的方法，該方法包括形成所述路徑的具有一定長度(Dp)的部分(35b)的步驟，所述長度能夠改變以便改變施加到所述光纖上的張力，其特征在于還包括測(cè)量(56)施加到所述光纖上的張力的步驟和根據(jù)所述被測(cè)量張力利用一電動(dòng)機(jī)以自動(dòng)方式控制所述長度(Dp)的步驟，以便保持施加到光纖上的張力基本上恒定。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于還包括根據(jù)至少一個(gè)參考信號(hào)(T0)和測(cè)量信號(hào)(Tmis)閉環(huán)控制施加到所述光纖的張力的步驟，所述至少一個(gè)參考信號(hào)(T0)與光纖的目標(biāo)張力成比例，所述測(cè)量信號(hào)(Tmis)在測(cè)量張力的步驟中產(chǎn)生并與光纖實(shí)際承受的張力成比例。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于所述閉環(huán)控制張力的步驟包括如下步驟-比較(60)所述張力參考信號(hào)與所述測(cè)量信號(hào)(Tmis)，產(chǎn)生一張力誤差信號(hào)(ε=ΔT=T0-Tmis)；和-處理(62)所述張力誤差信號(hào)，在輸出端產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)(ω)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠用于(24P)通過一電動(dòng)機(jī)改變所述長度(Dp)和保持光纖中的張力基本上恒定。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于還包括根據(jù)至少一個(gè)位置參考信號(hào)(P0)和測(cè)量信號(hào)(Pmis)閉環(huán)控制一可動(dòng)元件(7)的位置的步驟，所述至少一個(gè)位置參考信號(hào)(P0)與所述可動(dòng)元件的目標(biāo)位置成比例，所述測(cè)量信號(hào)(Pmis)與所述可動(dòng)元件的瞬時(shí)位置成比例，所述可動(dòng)元件(7)的位置變化引起所述長度(Dp)變化。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于在所述前進(jìn)路徑的終端存放光纖，還在于所述閉環(huán)控制所述可動(dòng)元件的位置的步驟包括如下步驟-比較(70)所述位置參考信號(hào)(P0)與所述位置測(cè)量信號(hào)(Pmis)，產(chǎn)生一位置誤差信號(hào)(ε=ΔP=P0-Pmis)；和-處理(72)所述位置誤差信號(hào)，在輸出端產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)(ωb)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠用于(45p)改變存放光纖的速度。
20.一種光纖處理系統(tǒng)，包括一光纖源(37)、一能夠在其輸入端從該光纖源(37)接收光纖(35)的光纖張緊裝置(1)、和一能夠從張緊裝置(1)接收光纖的光纖存放裝置(40)，所述張緊裝置(1)包括至少一個(gè)動(dòng)滑輪(9)，所述光纖(35)圍繞所述動(dòng)滑輪(9)纏繞至少一定長度；所述動(dòng)滑輪(9)的位置可以變化以便改變施加到所述光纖的張力；所述系統(tǒng)的特征在于所述張緊裝置(1)包括一能夠測(cè)量所施加的張力并產(chǎn)生一表示所述張力(Tmis)的信號(hào)的張力測(cè)量裝置(56)，和一電動(dòng)移動(dòng)裝置(7,24,26)，該裝置能夠接收所述表示張力的信號(hào)并能夠根據(jù)所述表示張力的信號(hào)移動(dòng)動(dòng)滑輪(9)，以便自動(dòng)保持光纖中的張力基本上恒定。
全文摘要
一種光纖張緊裝置,以其輸入端從牽引裝置(37)接收光纖(35)并由其輸出端把該光纖提供給用于存放裝置(40)。該張緊裝置(1)包括至少一個(gè)定滑輪(32),光纖(35)圍繞該定滑輪至少纏繞預(yù)定長度;和至少一個(gè)動(dòng)滑輪(9),光纖(35)圍繞該動(dòng)滑輪至少纏繞預(yù)定長度。用于測(cè)量施加到光纖上張力的裝置和用于移動(dòng)動(dòng)滑輪(9)的電動(dòng)裝置(24,26,5,7)相互作用以便以如下方式控制滑輪(9,32)軸(20,33)之間的距離(Dp),以自動(dòng)保持施加在光纖上的張力基本上恒定。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1303825SQ0013725
公開日2001年7月18日 申請(qǐng)日期2000年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
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