CN101481207A - 一种用于制造光纤预制件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制造光纤预制件的装置，其属于光纤制造技术，现有装置无法对温度、排废速率、供料速率等的改变作出及时反应以将反应容器内部的压力控制在稳定状态，本发明具有一个用于气相轴向沉积的反应容器，该反应容器具有一个排废管道，其特征是：所述的排废管道经包括用于补风的自动调压阀、压力表、用于补风的手动调压阀的自动调压装置连接至主排废管道，所述的主排废管道连接排废系统。本发明可以减少反应时氢氧焰的抖动带来的温度分布不均现象，避免造成松散体的密度不均一、生长速率变化和轴向性能不稳定的状况的发生，并且减缓反应容器内部气流紊乱的现象，使未沉积到松散体表面的微粒及时排出反应容器外。

Description

一种用于制造光纤预制件的装置
技术领域
本发明属于光纤制造技术，具体的是一种通过气相轴向沉积法(VAD)制造光纤预制件的装置。
背景技术
作为光纤母材的制造方法之一，气相轴向沉积法(VAD)以其原料利用率高、产品外径波动小、可以连续生产、适合制造大型预制棒的特点，为许多生产厂家所青睐，近年来得到了广泛的开发应用。VAD的具体制备方法是：采用一带有排废管道7的反应容器2，反应容器2下部设置有大致朝向排废管道7的包层喷灯3、芯层喷灯4，在反应容器2内部竖向设置种棒6，种棒6安装在一根可以绕自身轴线转动并可在反应容器内部竖直方向上下移动的转轴5上。制造预制件松散体时，将种棒6置于反应容器2内与喷灯相对，将氢气和氧气通入喷灯并在反应容器内点燃产生氢氧焰，再将原料气体SiCl4(四氯化硅)、GeCl4(四氯化锗)经喷灯送入氢氧焰中，令其发生水解反应，生成SiO2(二氧化硅)、GeO2(二氧化锗)微粒并沉积在种棒6下端，同时旋转种棒6并将其向上提升，使微粒在种棒下端沉积成内外两层具有不同光学折射率的圆柱形光纤预制件松散体1。该方法的工作原理如图1所示。经上述方法沉积形成的预制件松散体，最后通过烧结成为透明的光纤预制件。
光纤的大多数性能指标都是由预制件松散体决定的，控制好预制件松散体的生产过程对于保证光纤的品质有决定性的意义。在沉积过程中，影响反应过程的因素很多，比如，反应容器的大小、原料气体的流速、喷灯距松散体的距离等等，因此，稳定生产中的反应状态显得尤为重要。研究发现，在这些影响因素中，最直接导致产品性能不稳定的主要因素之一是反应容器内部的压力，它对反应过程的影响主要体现在以下几个方面：
1、反应容器内部压力的波动会引起喷灯火焰的不稳定，造成松散体沉积表面温度分布的波动，进一步影响产品的生长速率、密度以及产品轴向品质的均一性；
2、反应容器内部压力的波动在一定程度上带来气流的紊乱，使得反应生成的SiO2、GeO2微粒无法及时排出反应容器外而附着在反应容器内壁上形成镜面，导致热量反射，致使内部温度逐渐上升，最终导致沉积过程不稳定；
3、由于未沉积到预制件上的SiO2、GeO2微粒未及时排出容器外，内壁上的SiO2、GeO2微粒剥落附着在正在沉积的松散体表面，形成密度较小的区域，在后续的烧结工序中，该区域容易产生气泡。
传统的调压方法如图1所示，在排废管道上开一个补风口，连接到外部大气中，通过改变补风口径的大小来达到控制反应容器内部压力大小的目的。然而，生产过程中，反应容器内部的压力大小因为温度、排废速率、供料速率等的改变也不停地发生变化，而这种控制方法显然无法对这种状况作出及时的反应，压力的波动范围最大会达到±6Pa(约为设定值的10％)，这种控制方法属于开环控制，非常不利于反应过程的稳定。为此，我们需要开发一种闭环控制的装置，以对容器内压力的变化做出更快的反应，达到对反应状态更好控制的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有装置无法对温度、排废速率、供料速率等的改变作出及时反应以将反应容器内部的压力控制在稳定状态的缺陷，提供一种用于制造光纤预制件的装置。为此，本发明采用以下技术方案：
一种用于制造光纤预制件的装置，具有一个用于气相轴向沉积的反应容器，该反应容器具有一个排废管道，其特征是：所述的排废管道经包括用于补风的自动调压阀、压力表、用于补风的手动调压阀的自动调压装置连接至主排废管道，所述的主排废管道连接排废系统。该装置通过连接在排废管道上的自动调压装置来控制补风的流量，从而达到动态稳定反应容器内部压力的目的。
本发明用于制造光纤预制件的装置，反应容器内部的负压大小与反应容器的体积、喷灯的大小、供料气体的流量有关，为了及时、高效的排出反应容器内未沉积到松散体表面的SiO2、GeO2微粒，必须保证反应容器内有一定的负压；但同时，负压也会对喷灯火焰产生影响，引起火焰的晃动，从而导致松散体沉积速度的不稳定。因此，对于特定的反应设备，首先要针对其反应容器形状与大小、气流速度、喷灯大小确定一个合适的内部负压值P。在本发明中，先通过手动调节手动调压阀对反应容器内的压力进行调节，观察压力表的数值，将反应容器内的压力调节到尽量接近上述的压力值P，然后打开自动调压阀，设定其恒压值为P，利用本发明装置，可将反应容器内部压力的波动范围控制在±1Pa(约为设定值的2％)之内。
本发明用于制造光纤预制件的装置，可以减少反应时氢氧焰的抖动带来的温度分布不均现象，避免造成松散体的密度不均一、生长速率变化和轴向性能不稳定的状况的发生，并且减缓反应容器内部气流紊乱的现象，使未沉积到松散体表面的微粒及时排出反应容器外。
附图说明
图1为现有技术通过气相轴向沉积法(VAD)制造光纤预制件的装置的示意图。
图2为本发明通过气相轴向沉积法(VAD)制造光纤预制件的装置的示意图。
图中：1-松散体，2-反应容器，3-包层喷灯，4-芯层喷灯，5-转轴，6-种棒，7-排废管道，8-手动调压阀，9-自动调压阀，10-压力表，11-四通管道接口，12-主排废管道，13-插板阀。
具体实施方式
下面依照本发明的实施形态进行说明。但是以下的实施形态并未对关于申请专利范围的发明进行限定。
如图2所示的用于制造光纤预制件的装置，其具有一个用于气相轴向沉积的反应容器2，该反应容器2具有一个排废管道7：排废管道7经包括用于补风的自动调压阀9、压力表10、用于补风的手动调压阀8的自动调压装置连接至主排废管道12，主排废管道12连接排废系统。
进一步的，排废管道7上连接有一个四通管道接口11，排废管道7连接在四通管道接口11的一个接口上，自动调压阀9、手动调压阀8分别连接在四通管道接口11的另两个接口上，四通管道接口11的第四个接口连接至主排废管道12，压力表10连接在排废管道7上。自动调压阀9与排废管道7相对，手动调压阀8与四通管道接口11的第四个接口相对。与自动调压阀9相配设置有向自动调压阀传输直流电信号来控制自动调压阀的开闭程度以稳定废气压力的调节仪表。自动调压阀9、手动调压阀8分别连接管径相同的自动调压补风管道、手动调压补风管道。自动调压阀的调压范围为反应容器压力设定值P的-15％与+15％之间，即P*(1-15％)与P*(1+15％)之间。压力表10位于调压管路7上靠近反应容器2的位置，以期真实的反应反应容器2内部的压力大小。压力表10通过一根软管连接到排废管道上。
其中，手动调压阀8经初试调节后一直打开，排废管道7也一直处于排废状态。
以下描述了使用上述装置的实施例。使用如图2所示的装置，该反应容器的容积大小约为0.9m3。
一、利用螺钉将直径为30mm的种棒固定在反应容器上部的转轴上，并通过上下移动调整其底部与喷灯间的位置，使喷灯正对着种棒的下端，开动电机使转轴匀速旋转；
二、将氢气、氧气阀门打开，通入喷灯并点燃，产生氢氧焰，对种棒进行预热，等种棒头端温度升到800℃时，喷灯通入SiCl4(四氯化硅)气体原料，原料的压力高于大气压约100Pa，流量为1.5g/min；以同样的压力、0.15g/min的流量通入GeCl4(四氯化锗)气体，使之发生水解反应，开始沉积形成预制件的芯层，同时向喷灯内通入高于大气压力100Pa的压力、流量为10g/min的SiCl4(四氯化硅)气体原料，使之发生水解反应生成预制件的包层；
三、排废口连接到主排废管道，利用风机排废，调节手动调节阀门，观察压力表的数值，将反应容器内的压力调节到60Pa，锁死自动调节阀的阀门；
四、打开自动调节阀(调节阀通径为120mm，公称压力为1.6Mpa)，将其给定值设定为60Pa，即我们希望容器保持的稳定压力值P。自动调节阀接收调节仪表传输的直流电流信号，并根据该信号值调节补风的流量使得反应容器内的压力始终保持在60±1Pa。
五、连续沉积21小时，得到光纤预制件松散体，将该松散体烧结后制得外径为110mm的光纤预制件。该光纤预制件的外径波动范围±1.3mm，预制件的包芯比(预制件外径和芯层直径的比值)波动为±1.5％，芯层折射率差波动为0.33％，而未使用本发明装置时该三项参数的波动范围通常分别为±3.7mm，±3.1％，0.94％。
需要说明的是，本实施例仅用于描述本发明的实施方式，但不应视为对本发明权利要求的限制。本发明的范围应包括本发明所揭示的原理和特征的最大范围。

Claims (8)

1、一种用于制造光纤预制件的装置，具有一个用于气相轴向沉积的反应容器(2)，该反应容器(2)具有一个排废管道(7)，其特征是：所述的排废管道(7)经包括用于补风的自动调压阀(9)、压力表(10)、用于补风的手动调压阀(8)的自动调压装置连接至主排废管道(12)，所述的主排废管道(12)连接排废系统。
2、根据权利要求1所述的一种用于制造光纤预制件的装置，其特征是所述的排废管道(7)上连接有一个四通管道接口(11)，所述的排废管道(7)连接在所述四通管道接口(11)的一个接口上，所述的自动调压阀(9)、手动调压阀(8)分别连接在所述四通管道接口(11)的另两个接口上，所述的四通管道接口(11)的第四个接口连接至所述的主排废管道(12)，所述的压力表(10)连接在所述的排废管道(7)上。
3、根据权利要求2所述的一种用于制造光纤预制件的装置，其特征是所述的自动调压阀(9)与所述的排废管道(7)相对，所述的手动调压阀(8)与所述的四通管道接口(11)的第四个接口相对。
4、根据权利要求1所述的一种用于制造光纤预制件的装置，其特征是与所述的自动调压阀(9)相配设置有向所述自动调压阀传输直流电信号来控制自动调压阀的开闭程度以稳定废气压力的调节仪表。
5、根据1-4任一权利要求所述的一种用于制造光纤预制件的装置，其特征是所述的自动调压阀(9)、手动调压阀(8)分别连接管径相同的自动调压补风管道、手动调压补风管道。
6、根据权利要求1所述的一种用于制造光纤预制件的装置，其特征是所述自动调压阀(9)的调压范围为反应容器压力设定值的-15％与+15％之间。
7、根据权利要求1所述的一种用于制造光纤预制件的装置，其特征是所述的压力表(10)位于所述调压管路(7)上靠近反应容器(2)的位置。
8、根据权利要求1所述的一种用于制造光纤预制件的装置，其特征是所述的压力表(10)通过一根软管连接到所述的排废管道(7)上。
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