CN102520479A - 一种石英光纤传像束的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种石英光纤传像束的制造方法，将具有芯皮结构的石英预制棒拉制成单丝直径为50μm以下的石英光纤细丝，在拉丝过程中对光纤细丝涂覆玻璃纤维浸润剂，以保护光纤细丝；再将拉制好的石英光纤细丝利用溜丝排片法制作石英光纤传像束。本发明将石英光纤用于制作光纤传像束，在保证传输质量的前提下，解决了长度大于5米的图像传输问题。

Description

一种石英光纤传像束的制造方法

技术领域

本发明涉及石英光纤传像束制造技术领域，尤其涉及大截面和超长距离的光纤传像束的制造方法，为一种石英光纤传像束的制造方法。

背景技术

光纤传像束是由许多根光纤单丝有规则排列而成，并且光纤两端具有一一对应的结构，包含数万个像元，能够进行传光和传像的一种光学器件，如果图1。由于其柔性、无源、抗辐射、抗电磁干扰等特点，所以大多应用于一些复杂环境的图像传输。

目前的光纤传像器件主要为多组分玻璃的光纤传像束，由于其原材料本身吸收损耗比较大的特点，当传像距离超过2米以后，透过率就非常低，降低了传像质量，所以要实现长距离的图像传输，多组分玻璃光纤传像束是不能满足需求的。

目前石英光纤拉制的时候都会在光纤外面涂覆保护层来保证光纤丝的强度，但是也增加了光纤丝的直径，那么要用石英光纤细丝制作传像束，首先就要解决光纤丝的强度问题。而利用复丝法拉制传像光纤，由于工艺限制，想制作出截面直径大于3mm，同时又具有上万甚至几十万个像元，基本上还是无法实现。

发明内容

本发明要解决的问题是：目前光纤传像器件采用的多组分玻璃光纤传像束不能满足长距离图像传输的需求。

本发明的技术方案为：一种石英光纤传像束的制造方法，包括以下步骤：

1）将具有芯皮结构的石英预制棒拉制成单丝直径为50μm以下的石英光纤细丝，在拉丝过程中对光纤细丝涂覆玻璃纤维浸润剂，以保护光纤细丝；拉丝过程中，控制高温炉的炉温的波动在正负1℃以内，通过张力轮对光纤细丝的张力进行实时监控，保证拉丝过程中炉温和张力的稳定，光纤细丝涂覆过玻璃纤维浸润剂后经过张力轮后进行收卷；

2）将拉制好的石英光纤细丝利用溜丝排片法制作石英光纤传像束；石英光纤细丝的溜丝速度低于80m/min。

控制高温炉的炉温时，采用电压补偿器稳定电网，同时用质量流量计控制高温炉的保护气体流量，液体流量计控制冷却水流量，使单位时间的水流和气流在拉丝过程中保持稳定。

溜丝排片过程中，设置排丝张力控制装置，排丝张力控制装置由角度传感器和力矩电机组成，所述力矩电机分别为放丝电机和收丝电机，通过连接轴将角度传感器的输出轴和收丝电机的电机轴连接起来，所述力矩电机力矩的力矩调节范围在0-3mN.M，角度传感器通过前述输出轴和电机轴的连接检测收丝电机的力矩，当角度传感器的输出轴在0-45°范围转动时，角度传感器输出直流电压给溜丝排片工艺中的排丝系统，用于控制放丝电机转速，保证放丝电机与收丝电机转速同步。

玻璃纤维浸润剂为石蜡类的玻璃纤维浸润剂。

石英光纤传像束由几万至几十万根具有芯皮结构的石英光纤细丝集合成束，石英光纤细丝的数目由其直径和所制造的传像束粗细决定。

本发明石英光纤传像束的截面为任意形状和尺寸。

本发明石英光纤传像束的长度大于5米。

通过使用不同类型的预制棒拉制光纤细丝，使石英光纤传像束适用于传输特定波长的光学信号。

石英光纤传像束的两端根据需要制作成有序排列的各种端面形状。

本发明提出一种石英光纤传像束的制造方法，可以制作出截面形式和尺寸多样，同时可以实现长度超过5米的超长距离的光纤传像器件，可以在复杂环境下进行远距离实时监测。

本发明石英光纤传像束是将石英光纤的低传输损耗与多组分玻璃传像束的溜丝排片法相结合，由于石英预制棒中皮层中的氟离子会在高温下扩散，一般拉制石英光纤时都要尽量在高张力的状态下进行拉丝。本发明在拉制石英光纤细丝的时候，精确控制炉温、对光纤细丝拉丝的的张力实时监控，满足拉丝的张力以及稳定性要求，同时涂覆玻璃纤维浸润剂，保证石英光纤细丝的强度，满足后续溜丝排片工艺对光纤细丝强度的要求。传统的溜丝排片工艺，是利用光纤细丝的张力作用，使光纤单丝在固定区域紧密排列在一起成片，用胶固定后将单片叠加集束。多组分玻璃所制作传像束时，光纤丝的单丝直径都基本小于20μm，溜丝排片工艺对其的张力要求非常小，因而不易发生断丝，而本发明中拉制的石英光纤细丝的直径在20~50μm，在进行溜丝排片时，张力比较大，很容易发生断丝，为此设置排丝张力控制装置，改变溜丝速度，使石英光纤细丝在溜丝排片中不发生断丝现象。

在制作传像束时，光纤细丝直径的一致性直接影响传像束的传像质量，为了保证光纤细丝直径的一致性，首先要保证高温炉温度的稳定，为此稳定电网进行电力改造，并精确控制高温炉保护气体与冷却水的流量。溜丝排片工艺的特点是可以根据需要，光纤束的截面尺寸和形状变化都很灵活，改变排片机单圈行程长度就可以制作出长度超过5米，具有几万甚至几十万个像元的，截面形式和尺寸多样的石英光纤传像束。

由于石英材料的特性，光在光纤传输过程中的吸收损耗比多组分玻璃要低很多，所以大多用在超长距离的信号传输和能量传输方面。本发明是将石英光纤用于制作光纤传像束，在保证传输质量的前提下，解决了长度大于5米的图像传输问题。

附图说明

图1 为本发明光纤传像束结构示意图。

图2 为本发明石英光纤拉丝示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案如下：

先将具有芯皮结构的石英预制棒经高温炉拉制成直径50μm以下的石英光纤细丝，石英光纤细丝直径直接影响着传像束的分辨率的高低，也就是传像质量的高低。在拉丝过程中当光纤细丝从高温炉出来后进行涂覆浸润剂，光纤丝从高温炉出来后，在上收卷机构之前这段时间进行涂覆，这样保证光纤还没有接触到其他机构，即还没有受到外加损伤时就涂覆浸润剂进行保护，只在光纤本体上涂覆即可，然后再进行收卷，来达到保护光纤细丝的目的；然后将拉制好的细丝通过溜丝排片工艺进行成片、叠片、固化、切割、磨抛、铠装等工序加工后制作成石英光纤传像束。溜丝排片工艺又称为排丝叠片法或溜丝叠片法，《纤维光学与光纤应用技术》（迟泽英 陈文建，南京理工大学出版社，2006.11）中有相关记载。如图1，本发明的石英光纤传像束是由数万根具有芯皮结构的石英光纤细丝集合成束，石英光纤细丝的数目由其自身直径和所制造的传像束粗细决定；传像束的截面可以是任意形状和尺寸；传像束的长度可以超过5米甚至更长。本发明石英传像束还可以通过使用不同类型的预制棒拉制光纤单丝用来传输特定波长的光学信号；光纤束的两端可以根据需要制作成有序排列的各种端面形状。

具体步骤为：

1）将具有芯皮结构的石英预制棒拉制成单丝直径为50μm以下的石英光纤细丝，如图2所示，在拉丝过程中对光纤细丝涂覆玻璃纤维浸润剂，以保护光纤细丝；拉丝过程中，控制高温炉的炉温的波动在正负1℃以内，通过张力轮对光纤细丝的张力进行实时监控，保证拉丝过程中炉温和张力的稳定，光纤细丝涂覆过玻璃纤维浸润剂后经过张力轮后进行收卷；控制高温炉的炉温时，采用电压补偿器稳定电网，同时用质量流量计控制高温炉的保护气体流量，液体流量计控制冷却水流量，使单位时间的水流和气流在拉丝过程中保持稳定；

2）将拉制好的石英光纤细丝利用溜丝排片法制作石英光纤传像束；石英光纤细丝的溜丝速度低于80m/min。在溜丝排片工艺中，对溜丝装置设置排丝张力控制装置，排丝张力控制装置为传感机构，由角度传感器和力矩电机组成，力矩电机分别为放丝电机和收丝电机，通过连接轴将角度传感器的输出轴和收丝电机的电机轴连接起来。力矩电机力矩大小可调，调节范围在0-3mN.M，角度传感器通过前述输出轴和电机轴的连接检测收丝电机的力矩，当角度传感器的输出轴在0-45°范围转动时，角度传感器输出直流电压给溜丝排片工艺中的排丝系统，用于控制放丝电机转速，保证放丝电机与收丝电机转速同步，光纤丝不会被拽断。石英光纤细丝的溜丝速度要低于80m/min。

目前石英光纤细丝的直径可以做到20~50μm范围。50μm以上的光纤丝一个是直径大了丝会很脆，不适合溜丝用，再有就是直径粗了会降低分辨率，50μm以上的细丝制作传像束由于分辨率太低已经没有意义了。因此本发明主要针对50μm以下的光纤细丝。

下面通过具体实施例来说明本发明的实施：

1）先将具有芯皮结构的石英预制棒经过高温炉拉制成25μm的细丝，在拉丝过程中通过对光纤细丝涂覆玻璃纤维浸润剂，来达到保护光纤细丝的目的；

玻璃纤维浸润剂在本发明制造过程中都可以达到保护光纤细丝的目的，进一步的，分别用淀粉类和石蜡类玻璃纤维浸润剂进行试验，淀粉类的玻璃纤维浸润剂对光纤细丝的保护没有石蜡类的好，而且后期排片过程中，淀粉类的会使光纤有发涩的感觉，不利于排片，因此优先选择石蜡类的玻璃纤维浸润剂。

2）将拉制好的细丝通过溜丝排片法集束成石英光纤传像束，石英传像束的截面为5mm×8mm，长度为15米。

经测试，这根石英传像束的分辨率为21lp/mm，可见光透过率为35%，满足长距离图像传输的需求。

Claims (9)

1.一种石英光纤传像束的制造方法，其特征是包括以下步骤：

1）将具有芯皮结构的石英预制棒拉制成单丝直径为50μm以下的石英光纤细丝，在拉丝过程中对光纤细丝涂覆玻璃纤维浸润剂，以保护光纤细丝；拉丝过程中，控制高温炉的炉温的波动在正负1℃以内，通过张力轮对光纤细丝的张力进行实时监控，保证拉丝过程中炉温和张力的稳定，光纤细丝涂覆过玻璃纤维浸润剂后经过张力轮后进行收卷；

2）将拉制好的石英光纤细丝利用溜丝排片法制作石英光纤传像束；石英光纤细丝的溜丝速度低于80m/min。

2.根据权利要求1所述的一种石英光纤传像束的制造方法，其特征是控制高温炉的炉温时，采用电压补偿器稳定电网，同时用质量流量计控制高温炉的保护气体流量，液体流量计控制冷却水流量，使单位时间的水流和气流在拉丝过程中保持稳定。

3.根据权利要求1或2所述的一种石英光纤传像束的制造方法，其特征是溜丝排片过程中，设置排丝张力控制装置，排丝张力控制装置由角度传感器和力矩电机组成，所述力矩电机分别为放丝电机和收丝电机，通过连接轴将角度传感器的输出轴和收丝电机的电机轴连接起来，所述力矩电机力矩的力矩调节范围在0-3mN.M，角度传感器通过前述输出轴和电机轴的连接检测收丝电机的力矩，当角度传感器的输出轴在0-45°范围转动时，角度传感器输出直流电压给溜丝排片工艺中的排丝系统，用于控制放丝电机转速，保证放丝电机与收丝电机转速同步。

4.根据权利要求1或2所述的石英光纤传像束制造方法，其特征是玻璃纤维浸润剂为石蜡类的玻璃纤维浸润剂。

5.根据权利要求1或2所述的石英光纤传像束制造方法，其特征是石英光纤传像束由几万至几十万根具有芯皮结构的石英光纤细丝集合成束，石英光纤细丝的数目由其直径和所制造的传像束粗细决定。

6.根据权利要求1或2所述的石英光纤传像束制造方法，其特征是石英光纤传像束的截面为任意形状和尺寸。

7.根据权利要求1或2所述的石英光纤传像束制造方法，其特征是石英光纤传像束的长度大于5米。

8.根据权利要求1或2所述的石英光纤传像束制造方法，其特征是通过使用不同类型的预制棒拉制光纤细丝，使石英光纤传像束适用于传输特定波长的光学信号。

9.根据权利要求1或2所述的石英光纤传像束制造方法，其特征是石英光纤传像束的两端根据需要制作成有序排列的各种端面形状。

Images