一種疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的控制方法及其控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的控制方法及其控制裝置涉及的是一種在立式燒結(jié)爐中對疏松體預(yù)制棒進行脫輕和玻璃化制造預(yù)制棒的制造方法。該控制方法可以根據(jù)傳感器感應(yīng)的燒結(jié)爐內(nèi)氣體濃度，控制爐芯管上、下部排氣口氣體的排放量，從而使得燒結(jié)爐內(nèi)氣體的濃度均勻分布在燒結(jié)爐上部和下部。通過該方式，可獲得在軸向上具有均勻特性的預(yù)制棒。
【背景技術(shù)】
[0002]目前光纖預(yù)制棒的制造主要有四種方法，分別為微波等離子體激活化學(xué)氣相沉積法(PCVD)，改進的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)，棒外化學(xué)氣相沉積法(OVD)，軸向氣相沉積法(VAD)。其中采用VAD法和OVD法沉積的疏松體預(yù)制棒，需再通過燒結(jié)爐加熱完成脫羥和玻璃化過程。
[0003]通常以VAD法和OVD法制得的疏松體預(yù)制棒，需在立式燒結(jié)爐中進行脫羥和玻璃化處理。該方法主要是利用燒結(jié)爐內(nèi)不同位置溫度梯度的分部，在He和(:12的混合氣體中同時完成脫羥和玻璃化過程。其通入的氣體一般從燒結(jié)爐的下方通入，待燒結(jié)爐升溫至設(shè)定溫度后，疏松體預(yù)制棒開始進行脫羥和玻璃化過程。
[0004]中國發(fā)明專利CN1597581A提供了一種疏松體光纖預(yù)制棒的燒結(jié)裝置及設(shè)備，其主要組成部分為:石英爐芯管、加熱爐、移動裝置及配套傳感裝置和氣體供應(yīng)裝置。該裝置可使疏松體預(yù)制棒在燒結(jié)管中的完成脫羥和玻璃化過程，燒結(jié)溫度均勻，疏松體預(yù)制棒收縮均勻。采用這種方式的燒結(jié)裝置，在預(yù)制棒制造過程中加熱爐內(nèi)的氣體和熱量是通過熱對流和擴散方式進行。近年來由于疏松體預(yù)制棒尺寸在向大型化發(fā)展，對應(yīng)的加熱爐也在向大型化發(fā)展，傳統(tǒng)的熱對流和擴散方式已經(jīng)難以保證加熱爐內(nèi)氣體濃度和熱量的均勻分布。
[0005]中國發(fā)明專利CN103771697A提供了一種大尺寸光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及設(shè)備，其主要通過對加熱爐的爐體結(jié)構(gòu)進行改進，其核心在于用石英爐芯管外側(cè)嵌套石墨加熱器和石墨保溫件的組合加熱方式，以替代原有石英管外側(cè)嵌套二硅化鑰加熱體的組合方式。該方法主要對加熱爐進行優(yōu)化和改善，提高了燒結(jié)后預(yù)制棒外觀質(zhì)量。
[0006]中國發(fā)明專利CN103739194A提供了一種光纖預(yù)制棒的燒結(jié)方法及其設(shè)備，其優(yōu)點在于可以利用激光反饋控制系統(tǒng)對燒結(jié)爐在燒結(jié)過程中的溫度進行實時調(diào)整，以實現(xiàn)對燒結(jié)過程進行閉環(huán)控制。該方法可以在一定程度上可以提高燒結(jié)后預(yù)制棒的外觀條件，但由于爐芯管內(nèi)氣體濃度分布不均的狀態(tài)仍然存在，只通過溫度調(diào)整在預(yù)制棒光學(xué)參數(shù)方面的改善較小。
[0007]另一方面，He已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于目前光纖預(yù)制棒的制造應(yīng)用中，而He本身屬于分子量較小的氣體，在高溫下分子熱運動也更加劇烈，這也進一步加劇了爐芯管內(nèi)熱量和氣體濃度的分布不均。
[0008]由于燒結(jié)爐內(nèi)的熱量和氣體濃度分布不均勻，極易造成疏松體預(yù)制棒的脫羥和玻璃化過程不能均勻進行，從而影響拉絲后光纖的光學(xué)性能和預(yù)制棒的外觀質(zhì)量。因此，在這種氣體濃度分布不均勻的狀態(tài)下完成脫羥和玻璃化過程的預(yù)制棒具有以下兩點不足:
1、加熱爐內(nèi)上部氣體濃度偏低，容易造成疏松體預(yù)制棒脫羥不徹底；
2、加熱爐內(nèi)底部殘留氣體容易導(dǎo)致其他異常發(fā)生，導(dǎo)致無法生產(chǎn)出具有優(yōu)良光傳輸特性的光纖預(yù)制棒。
[0009]在疏松體預(yù)制棒在脫羥過程中，由于氣體濃度分布不均在脫羥過程中預(yù)制棒內(nèi)部摻雜的氟、鍺等離子容易出現(xiàn)游離和擴散，影響拉絲后光纖的光學(xué)性能，且由于脫羥過程不能均勻化進行，預(yù)制棒不同位置的游離和擴散程度也各不相同，這進一步影響預(yù)制棒軸向上光學(xué)性能的一致性。此外，玻璃化進程不能均勻進行則會影響預(yù)制棒玻璃化的均勻性，從而導(dǎo)致預(yù)制棒不同位置包層的折射率發(fā)生變化。
[0010]由于爐芯管內(nèi)氣體濃度分布不均，由此導(dǎo)致后續(xù)疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的異常，本發(fā)明充分考慮到現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，提供了一種使整個爐芯管內(nèi)部各處氣體濃度保持一致的方法。
[0011]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是針對上述不足之處提供一種疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的控制方法及其控制裝置，改善了立式燒結(jié)爐對疏松體預(yù)制棒進行脫羥和玻璃化效果，提高了預(yù)制棒拉絲后光纖的光學(xué)性能。本發(fā)明在爐芯管上部和下部各有一個排氣裝置，在上部排氣口下方、下部排氣口上方各有一個氣體濃度傳感器。其主要特征在于可以根據(jù)氣體濃度傳感器的控制信號控制兩個排氣裝置的排氣量，從而使?fàn)t芯管頂部和底部的氣體濃度保持平衡。
[0013]一種疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的控制方法及其控制裝置是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的控制裝置包括爐芯管、上部排氣管、下部排氣管、上部控制閥、下部控制閥、上部氣體濃度感應(yīng)器、上部氣體濃度感應(yīng)探頭、下部氣體濃度感應(yīng)器、下部氣體濃度感應(yīng)器探頭和控制器。
[0014]在爐芯管上部設(shè)置有上部排氣管，在上部排氣管上裝有上部控制閥，在爐芯管下部設(shè)置有下部排氣管，在下部排氣管上裝有下部控制閥。
[0015]在爐芯管上部裝有上部氣體濃度感應(yīng)器探頭，上部氣體濃度感應(yīng)器探頭通過信號線與上部氣體濃度感應(yīng)器相連，上部氣體濃度感應(yīng)器通過信號線與控制器相連。
[0016]在爐芯管下部裝有下部氣體濃度感應(yīng)器探頭，下部氣體濃度感應(yīng)器探頭通過信號線與下部氣體濃度感應(yīng)器相連，下部氣體濃度感應(yīng)器通過信號線與控制器相連?？刂破魍ㄟ^控制線分別與上部控制閥和下部控制閥相連。
[0017]所述的上部控制閥和下部控制閥采用電磁閥。
[0018]所述的上下部氣體濃度感應(yīng)器和上下部氣體濃度感應(yīng)器探頭采用在線流通式氦氣檢測感應(yīng)器GCT-HE-L (混合氣體中He含量在95%以上)。
[0019]所述的控制器采用PLC可編程控制器。
[0020]一種疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的控制方法如下: 疏松體預(yù)制棒安裝完成后，燒結(jié)用He和(:12的混合氣體從爐芯管底部通入，石墨加熱爐此時開始逐步升溫至設(shè)定溫度1100?1300°C，達到設(shè)定溫度后，疏松體預(yù)制棒按設(shè)定速度2.0?5.0mm/min勻速下降。加熱爐加熱體上部為低溫區(qū)，溫度范圍在800?1000°C，用于疏松體預(yù)制棒進行脫羥處理，加熱體中部為高溫區(qū)，溫度范圍在1100?1300°C，用于疏松體預(yù)制棒進行玻璃化處理。
[0021]加熱爐內(nèi)通入氣體后，爐芯管內(nèi)上部氣體濃度感應(yīng)探頭9a和下部氣體濃度感應(yīng)器探頭10a，立即將氣體濃度信號傳遞至控制器進行處理，如果爐芯管上部氣體濃度高于爐芯管下部氣體濃度，則控制器將增加上部控制閥的開合程度，從而增加上部氣體的排放量降低爐芯管上部的氣體濃度，如此反復(fù)當(dāng)爐芯管上下部氣體濃度差在5%以內(nèi)時即形成動態(tài)平衡，使?fàn)t芯管上、下部ClJP He氣體濃度保持一致。
[0022]本發(fā)明由于使各位置Cl2濃度保持一致，所以疏松體預(yù)制棒脫羥過程可以從下而上均勻進行，制得預(yù)制棒各位置光學(xué)性能可以保證一致。而保持爐芯管內(nèi)He濃度分布均勻，可以保證爐芯管內(nèi)部熱量分布均勻，疏松體預(yù)制棒在玻璃化時可以均勻的傳遞熱量進行玻璃化過程，可以提高玻璃化后預(yù)制棒外觀質(zhì)量。
[0023]本發(fā)明一種疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的控制方法及其控制裝置中，爐芯管上、下部的氣體濃度可以均勻控制，可以具備良好的脫羥和玻璃化效果，從而可獲得性能優(yōu)異的預(yù)制棒。在疏松體預(yù)制棒進行脫羥和玻璃化處理時，由于脫羥和玻璃化處理的(:12和He的混合氣體一直保持流動狀態(tài)，當(dāng)加熱爐升溫后會進一步影響爐芯管內(nèi)(:12和He濃度分布，從而使得疏松體預(yù)制棒不同位置的脫羥和玻璃化效果參差不齊，影響后續(xù)預(yù)制棒拉絲后光纖的光學(xué)性能及預(yù)制棒的外觀質(zhì)量。而在本發(fā)明中，由于爐芯管內(nèi)上下氣體濃度能夠保持一致，疏松體預(yù)制棒在脫羥和玻璃化過程中可以均勻進行，從而可以提高預(yù)制棒拉絲后光纖的光學(xué)性能及預(yù)制棒的外觀質(zhì)量。
[0024]本發(fā)明制造的光纖預(yù)制棒對比其他普通燒結(jié)爐制造的預(yù)制棒，主要有以下3個優(yōu)占-
^ \\\.1.由于爐芯管內(nèi)上下部氣體濃度保持一致，脫羥過程是在疏松體預(yù)制棒軸向上從下而上均勻進行，可以使預(yù)制棒拉絲后光纖的光學(xué)性能保持一致；
2.由于爐芯管內(nèi)上下部氣體濃度保持一致，玻璃化過程可以在疏松體預(yù)制棒軸向上從下而上均勻進行，使預(yù)制棒的不同位置的外徑保持一致性，提高預(yù)制棒的外觀質(zhì)量；
3.該發(fā)明有利于后續(xù)預(yù)制棒大型化和大尺寸化的發(fā)展，疏松體預(yù)制棒外徑越大則本發(fā)明的優(yōu)勢越明顯；
【附圖說明】
[0025]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
圖1是一種疏松體預(yù)制棒脫羥和玻璃化的控制裝置示意圖。
[0026]圖中:1、石墨加熱爐，2、爐芯管，3、上部排氣管，4、下部排氣管，5、上部控制閥，6、下部控制閥，7、上部控制閥控制線，8、下部控制閥控制線，9、上部氣體濃度傳感器，10、下部氣體濃度傳感器，11、控制器，12、疏松體預(yù)制棒，9a、上部氣體