CN103214181A - 一种高速拉制光纤的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速拉制光纤的装置及方法，涉及光纤通信领域。方法包括：预热机构对套有石英套环的光纤预制棒进行预热；熔融机构对光纤预制棒进行熔融拉丝，形成光纤；退火机构对光纤进行退火；第一涂覆器对光纤进行涂覆，第一涂层固化炉对涂覆层进行固化，第一冷却管对光纤进行除杂，第二涂覆器对光纤进行涂覆，第二涂层固化炉对涂覆层进行固化，第二冷却管对光纤进行除杂；稳定导轮对光纤进行轨迹校正，牵引轮对光纤进行牵引拉制，收丝筒对光纤进行收丝。本发明拉制光纤的速度能够达到2500m/min，还能控制光纤直径的精度，光纤各部分直径的变化差异较小，光纤的翘曲度比较稳定，能够保证光纤的涂覆质量和光纤自身的质量。

Description

一种高速拉制光纤的装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，具体涉及一种高速拉制光纤的装置及方法。

背景技术

随着光纤通信的飞速发展，光纤的使用规模和制造规模不断扩大，光纤制造时逐渐采用大尺寸的光纤预制棒进行高速拉制，能够提升光纤的产能和生产效率，降低光纤的生产成本。随着光纤通信竞争的日益激烈，众多光纤厂家越来越重视光纤的产能和生产效率，因此，采用大尺寸的光纤预制棒高速拉制光纤已经成为光纤制造发展中的必然趋势。

目前，采用大尺寸的光纤预制棒高速拉制光纤的拉制速度一般为1800m/min～2000m/min，当光纤的拉制速度进一步提升时，光纤在拉制时会存在以下缺陷：

光纤拉制时需要通过石墨高温炉熔融拉丝，石墨高温炉需要通入惰性气体进行保护，光纤预制棒的熔融体会因流动速度过快而使得石墨高温炉内惰性气体的温度分布和气流流动发生紊乱。光纤拉制速度的提高还会使得光纤预制棒和光纤成型区的锥面发生变化，进而使得石墨高温炉内的气流走向发生改变、并形成不规则的紊流。石墨高温炉内的气体流动成为紊流，会使得石墨高温内光纤各个部分的温度分布不够均匀；各个部分的温度分布不够均匀的光纤在石墨高温炉的成型区冷却时，光纤各部分的直径变化较大，光纤的径向应力难以对称分布，因此，光纤容易自然弯曲。弯曲后的光纤难以平直放置，光纤的翘曲度会下降。

光纤拉制速度的提高会给光纤涂层质量的控制带来较大的困难，当光纤的拉制速度由1500m/min提升到2000m/min以上时，需要较多的光纤涂层固化炉来固化光纤的涂覆层。由于固化炉的数量较多，因此通过较多固化炉的光纤的温度较高，高速运行的光纤会吸附固化炉内的空气、较多的涂料挥发物和不完全燃烧产物等杂质。带有杂质光纤在涂覆的过程中，光纤携带的杂质越来越多，带有杂质的光纤经过张力轮、牵引轮、导向轮和收丝筒时，光纤的杂质会污染张力轮、牵引轮、导向轮和收丝筒，一旦卷绕光纤的收丝筒受到污染，卷绕于收丝筒上的光纤的质量就会下降。

高速运动的光纤经过转向轮时，光纤具有一定的离心力。离心力的计算公式为：F＝mv²/r，其中：F为离心力，m为与转向轮接触的光纤质量，v为光纤的线速度（即拉制速度），r为转向轮的半径。由于光纤的质量m和转向轮的半径r均不变，因此光纤的拉制速度v越大，光纤的离心力F越大。一般情况下，当光纤的拉制速度从1000m/min提高到1600m/min时，拉制速度为1600m/min的光纤的离心力是拉制速度为1000m/min的光纤的2.56倍；进一步，当光纤的拉制速度从1000m/min提高到2000m/min时，拉制速度为2000m/min的光纤的离心力是拉制速度为1000m/min的光纤的4倍。从理论上分析，当光纤的拉制速度从1000m/min提高到2500m/min时，拉制速度为2500m/min的光纤的离心力是拉制速度为1000m/min的光纤的6倍以上，但是在实际情况中，即使光纤的拉制速度达到2500m/min，由于光纤经过转向轮时会转向，转向轮为光纤行径路线的转向点，因此光纤经过转向轮产生的离心力使光纤产生强烈抖动，光纤抖动后会偏离正确的行径路线，从而降低。

综上所述，采用大尺寸光纤预制棒进行高速拉制，光纤各部分直径的变化差异较大，光纤的翘曲度容易下降，难以保证光纤的涂覆质量和光纤自身的质量。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高速拉制光纤的装置及方法，拉制光纤的速度能够达到2500m/min，还能控制光纤直径的精度，光纤各部分直径的变化差异较小，光纤的翘曲度比较稳定，能够保证光纤的涂覆质量和光纤自身的质量。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种高速拉制光纤的装置，包括从上至下设置的吊棒机构、熔融机构、直径测试仪、内部填充有冷却气体的冷却装置、第一涂覆器、第一涂层固化炉、第二涂覆器、第二涂层固化炉和转向轮，所述转向轮的左上方或右上方设置有牵引轮，所述牵引轮的一侧设置有导向轮，所述导向轮的底部设置有收丝筒，所述吊棒机构与熔融机构之间设置有石英套环，所述石英套环的外径与待拉制的光纤预制棒的外径相同，石英套环的内径与光纤预制棒顶部的尾棒的外径匹配；所述熔融机构的顶部设置有加热温度为1200℃～1500℃的预热机构，预热机构的加热区域的长度与熔融机构的加热区域的长度的比值为0.5～2.0；熔融机构的底部设置有加热温度为1200℃～1800℃的退火机构，退火机构的加热区域的长度与熔融机构的加热区域的长度的比值为0.5～2.0；所述第一涂层固化炉与第二涂覆器之间设置有第一冷却管，所述第二涂层固化炉与转向轮之间设置有第二冷却管和至少一个稳定导轮，所述稳定导轮位于第二冷却管的下方，第一冷却管的内部和第二冷却管的内部均填充有小分子气体。

在上述技术方案的基础上，所述石英套环的底部向上凹陷。

在上述技术方案的基础上，所述稳定导轮的数量为至少两个，至少两个稳定导轮错开设置于第二冷却管纵向中轴线的两侧。

在上述技术方案的基础上，所述冷却装置的横截面为环形，其内侧壁与外侧壁之间设置有夹层，所述夹层内填充有水。

在上述技术方案的基础上，所述小分子气体为氦气、氮气或氦气与氮气混合的气体。

在上述技术方案的基础上，所述第一涂覆器的内部和第二涂覆器的内部均填充有氩气与二氧化碳混合的气体。

在上述技术方案的基础上，所述第一冷却管的侧壁和第二冷却管的侧壁均开有排烟管道。

本发明提供的基于上述装置的高速拉制光纤的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将光纤预制棒顶部的尾棒穿过石英套环，将尾棒的顶端悬挂在吊棒机构的底部；B、光纤预制棒和套有石英套环的尾棒以2200～2500m/min的速度运动，光纤预制棒和套有石英套环的尾棒依次经过预热机构、熔融机构和退火机构；将预热机构的温度设定为1200℃～1500℃，对光纤预制棒和尾棒进行预热；将熔融机构的温度设定为1800℃～2300℃，对预热后的光纤预制棒和尾棒进行熔融拉丝，形成光纤；将退火机构（8）的温度设定为1200℃～1800℃，对光纤进行退火；C、直径测试仪对退火之后的光纤进行直径测试；冷却装置内部的冷却气体对光纤进行冷却；D、第一涂覆器对冷却后的光纤进行第一次涂覆，形成第一涂覆层，第一涂层固化炉对第一涂覆层进行固化，第一冷却管内的小分子气体对光纤进行除杂和冷却；第二涂覆器对光纤进行第二次涂覆，第一涂覆层外部形成第二涂覆层，第二涂层固化炉对第二涂覆层进行固化，第二冷却管内的小分子气体对光纤进行二次除杂和二次冷却；E、二次除杂和二次冷却后的光纤经过稳定导轮，光纤在稳定导轮上转动，稳定导轮对光纤进行轨迹校正；轨迹校正后的光纤依次经过转向轮、牵引轮、导向轮和收丝筒，转向轮带动光纤转向牵引轮，牵引轮将光纤牵引至导向轮，导向轮将光纤导向至收丝筒，收丝筒对光纤进行收丝。

在上述技术方案的基础上，步骤B中熔融拉丝的过程为：将熔融机构的温度设定为2100℃～2300℃，对光纤预制棒的底部进行熔融拉丝；将熔融机构的温度设定为1900℃～2100℃，对光纤预制棒和尾棒进行熔融拉丝，将熔融机构的温度设定为1800℃～1900℃，对尾棒的顶部进行熔融拉丝。

在上述技术方案的基础上，所述光纤的拉制速度为2200～2500m/min，拉制出的光纤的翘曲度在20以上，光纤的直径精度控制在±0.5μm以内，光纤的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差在2μm以内。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明的熔融机构的顶部设置有加热温度为1200℃～1500℃的预热机构，熔融机构的底部设置有加热温度为1200℃～1800℃的退火机构。拉制光纤时，预热机构对光纤预制棒进行预热，熔融机构对预热后的光纤预制棒进行熔融拉丝，形成光纤，退火机构对光纤进行退火。高速运动的光纤预制棒在熔融拉丝之前预热，能够缓慢提升光纤预制棒的温度，光纤预制棒在预热的过程中能够逐渐适应熔融拉丝时的温度；光纤预制棒熔融拉丝形成光纤后，温度过高的光纤在退火的过程中能够缓慢的降低光纤的温度，光纤能够缓慢冷却。光纤预制棒熔融拉丝之前的预热过程和光纤的退火过程均能够使得高速运动的光纤内的应力分布比较均匀，进而使得光纤的径向应力能够对称分布，光纤自然放置时能够保持平直，光纤的翘曲度比较稳定，难以下降。

光纤预制棒预热、熔融拉丝形成的光纤立即进行退火。预热、熔融拉丝和退火连续进行，连续预热、熔融拉丝和退火不仅可以有效的控制高速拉制状态下的大尺寸光纤预制棒自身温度分布的流线，而且使得预热机构、熔融机构和退火机构内的气流稳定，能控制光纤直径的精度。

（2）本发明包括石英套环，拉制光纤时，光纤预制棒顶部的尾棒穿过石英套环，石英套环的内径与尾棒的直径相匹配，尾棒在预热和熔融拉丝的过程中能够与石英套环固定，尾棒与石英套环之间不易发生位移，能够保证光纤的质量；由于石英套环的外径与光纤预制棒的外径相同，因此套有石英套环的尾棒在预热和熔融拉丝的过程中，外部套有石英套环的尾棒与光纤预制棒的直径相同，难以扰动套预热机构或熔融机构内部的气流。光纤预制棒和尾棒在预热和熔融拉丝的过程中受热均匀，因此，能控制熔融拉丝后的光纤直径的精度。

（3）本发明的第一涂层固化炉与第二涂覆器之间设置有第一冷却管，第二涂层固化炉与转向轮之间设置有第二冷却管，第一冷却管的内部和第二冷却管的内部均填充有小分子气体。第一冷却管内的小分子气体能够光纤进行除杂和冷却，除杂后的光纤经过第二涂覆器涂覆时避免因杂质产生气泡，能够保证光纤的涂覆质量；第二冷却管内的小分子气体对光纤进行二次除杂和二次冷却，经第一冷却管和第二冷却管除杂后的光纤比较干净，不易污染导向轮、牵引轮和收丝筒，能够保证光纤的质量。

（4）本发明的第二冷却管的下方设置有至少一个稳定导轮，稳定导轮能够对光纤进行轨迹校正，光纤在三个稳定导轮上高速运行时产生的离心力能够降低光纤高速运动时产生的抖动，光纤难以偏离正确的运行路径，光纤的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差稳定，能够保证高速拉制光纤时的光纤涂覆质量。

（5）与目前拉制速度一般为1800m/min～2000m/min相比，本发明拉制光纤的速度能够达到2200～2500m/min，同时能够保证光纤的涂覆质量；拉制出的光纤的翘曲度在20以上，光纤的直径精度控制在±0.5μm以内，光纤的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差在2μm以内。

附图说明

图1为本发明实施例中的拉制光纤的结构示意图；

图2为本发明实施例中石英套环的纵截面示意图。

图中：1-吊棒机构，2-尾棒，3-石英套环，4-光纤预制棒，5-光纤，6-预热机构，7-熔融机构，8-退火机构，9-直径测试仪，10-冷却装置，11-第一涂覆器，12-第一涂层固化炉，13-第一冷却管，14-第二涂覆器，15-第二涂层固化炉，16-第二冷却管，17-稳定导轮，18-转向轮，19-牵引轮，20-导向轮，21-收丝筒。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种高速拉制光纤的装置，包括从上至下设置的吊棒机构1、石英套环3、预热机构6、熔融机构7、退火机构8、非接触式直径测试仪9、冷却装置10、第一涂覆器11、第一涂层固化炉12、第一冷却管13、第二涂覆器14、第二涂层固化炉15、第二冷却管16、至少一个稳定导轮17、转向轮18，转向轮18的右上方设置有牵引轮19，牵引轮19的右侧设置有导向轮20，导向轮20的底部设置有收丝筒21。在实际应用中，牵引轮19还可设置于转向轮18的左上方，此时导向轮20设置于牵引轮19的左侧。

参见图1所示，石英套环3的外径与待拉制的光纤预制棒4的外径相同，石英套环3的内径与光纤预制棒4顶部的尾棒2的外径匹配，参见图2所示，石英套环3的底部向上凹陷。拉制光纤预制棒4时，石英套环3套在尾棒2外部，由于光纤预制棒4和尾棒2的连接之处向上凸起，因此底部向上凹陷的石英套环3能够与光纤预制棒4、尾棒2紧密契合。

为了描述方便，假设预热机构6的加热区域的长度为a，熔融机构7的加热区域的长度为b，退火机构8的加热区域的长度为c，预热机构6的加热温度为1200℃～1500℃，a：b的值为0.5～2.0；退火机构8的加热温度为1200℃～1800℃，c：b的值为0.5～2.0。

第一涂覆器11的内部和第二涂覆器14的内部均填充有高分子气体，高分子气体为氩气与二氧化碳混合的气体，高分子气体可以以氩气为主，也可以二氧化碳为主。第一冷却管13的侧壁和第二冷却管16的侧壁均开有排烟管道。第一冷却管13的内部和第二冷却管16的内部均填充有小分子气体，小分子气体可以为氦气、氮气或氦气与氮气混合的气体。冷却装置10的横截面为环形，其内侧壁与外侧壁之间设置有夹层，夹层内填充有水，冷却装置10的内部填充有冷却气体，冷却气体为氦气和氮气混合的气体，光纤的拉制速度较高时（拉制速度在2200m/min以上），冷却气体以氦气为主，光纤的拉制速度较低时（拉制速度在2000m/min以下），冷却气体以氮气为主。

在实际应用中，稳定导轮17的数量根据用户不同的需求选择，稳定导轮17的数量为至少一个，稳定导轮17的数量为至少两个时，例如三个，参见图1所示，三个稳定导轮17交错设置于第二排烟管16纵向中心线的两侧。

在上述装置的基础上，本发明实施例还提供一种高速拉制光纤的方法，包括以下步骤：

S1：参见图1所示，将光纤预制棒4顶部的尾棒2穿过石英套环3，石英套环3与尾棒2顶部之间留有一端距离，将尾棒2的顶端悬挂在吊棒机构1的底部。

S2：光纤预制棒4和套有石英套环3的尾棒2以2200～2500m/min的速度运动，依次经过预热机构6、熔融机构7和退火机构8，a：b的值为0.5～2.0，c：b的值为0.5～2.0。将预热机构6的温度设定为1200℃～1500℃，对光纤预制棒4和尾棒2进行预热；将熔融机构7的温度设定为1800℃～2300℃，对预热后的光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝，形成光纤5，熔融拉丝的具体过程为：将熔融机构7的温度设定为2100℃～2300℃，对光纤预制棒4的底部进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1900℃～2100℃，对光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1800℃～1900℃，对尾棒2的顶部进行熔融拉丝；将退火机构8的温度设定为1200℃～1800℃，对光纤5进行退火。

S3：退火之后的光纤5以2200～2500m/min的速度运动，经过直径测试仪9，直径测试仪9对光纤5进行直径测试，以确定光纤5的直径。

S4：直径确定后的光纤5以2200～2500m/min的速度运动，经过冷却装置10，冷却装置10内部的冷却气体对光纤5进行冷却，冷却装置10夹层内的水对冷却装置10自身降温。

S5：冷却后的光纤5以2200～2500m/min的速度运动，依次经过第一涂覆器11、第一涂层固化炉12、第一冷却管13、第二涂覆器14、第二涂层固化炉15和第二冷却管16，第一涂覆器11对光纤5进行第一次涂覆，光纤5的外侧壁形成第一涂覆层，第一涂层固化炉12对第一涂覆层进行固化；第一冷却管13内的小分子气体对光纤5进行除杂和冷却，小分子气体除去光纤5自身的杂质（例如预热、熔融拉丝或冷却时产生的挥发物、灰尘、不完全燃烧物等），第一冷却管13的排烟通道排出混有杂质的小分子气体；第二涂覆器14对光纤5进行第二次涂覆，在第一涂覆层外部形成第二涂覆层；第二涂层固化炉15对第二涂覆层进行固化；第二冷却管16内的小分子气体对光纤5进行二次除杂和二次冷却，小分子气体能够除去光纤5自身的杂质，第二冷却管16的排烟通道排出混有杂质的小分子气体。

S6：二次除杂和二次冷却后的光纤5以2200～2500m/min的速度运动，经过稳定导轮17，光纤5在稳定导轮17上转动，稳定导轮17对光纤5进行轨迹校正。

S7：轨迹校正后的光纤5以2200～2500m/min的速度运动，依次经过转向轮18、牵引轮19、导向轮20和收丝筒21，转向轮18带动光纤5转向牵引轮19，牵引轮19将光纤5牵引至导向轮20，导向轮20将光纤5导向至收丝筒21，收丝筒21对光纤5进行收丝。

经上述方法拉制出的光纤5的翘曲度在20以上，光纤5的直径精度控制在±0.5μm以内，光纤5的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差在2μm以内。

本发明实施例的工作原理详细阐述如下：

由于石英套环3的内径与尾棒2的直径相匹配，因此尾棒2在预热和熔融拉丝的过程中与石英套环3固定在一起，尾棒2与石英套环3之间不易发生位移，能够保证光纤5的质量；由于石英套环3的外径与光纤预制棒4的外径相同，因此在预热和熔融拉丝的过程中，套有石英套环3的尾棒2不易扰动预热机构6或熔融机构7内部的气流，光纤预制棒4和尾棒2受热均匀，能够控制熔融拉丝后的光纤5的直径精度。

在熔融拉丝之前预热高速运动的光纤预制棒4，能够缓慢提升光纤预制棒4的温度，光纤预制棒4在预热的过程中能够逐渐适应熔融拉丝时的温度；光纤预制棒4熔融拉丝形成光纤5后退火能够缓慢的降低光纤5的温度，温度过高的光纤5在退火的过程中能够缓慢冷却。光纤预制棒4熔融拉丝之前的预热过程和光纤5的退火过程均能够使得高速运动的光纤5内的应力分布比较均匀，光纤5的翘曲度比较稳定。

预热机构6位于熔融机构7的顶部，二者紧密结合，预热机构6和熔融机构7不易受到外界的温度干扰。为了在预热过程中缓慢提升光纤预制棒4的温度，a从理论上来说越长越好，但是高温炉内的空间有限，因此a不宜太长。经研究和试验得出，a：b的值为0.5～2.0时，光纤的性能较好；a：b＜0.5时，预热效果较差，此时如需保证光纤5的性能，则需要降低光纤5的拉制速度、或者减小光纤预制棒4的直径；a：b＞0.5时，预热效果也不会好太多。因此，a：b的值为0.5～2.0时，预热效果不仅较好，而且能够充分利用高温炉内的空间。

熔融机构7与其底部的退火机构8紧密结合，光纤预制棒4熔融拉丝行成光纤5后，退火机构8立即对成型的光纤5进行退火，熔融机构7和退火机构8不易受到外界温度干扰。在退火的过程中，光纤5的温度缓慢降低，光纤5由高温熔融拉丝态向低温固态转变时，光纤5内不同熔点的材料相互之间的界面应力较小。为了减小光纤5内不同熔点的材料相互之间的界面应力，保证光纤5的翘曲度、光衰减等性能，退火机构8的加热区域的长度c从理论上说应该越长越好，但是高温炉内的空间有限，因此c不宜太长。经研究和试验得出，c：b的值为0.5～2.0时，退火效果比较稳定；c：b＜0.5～2.0时，退火效果较差，此时如需保证光纤5的性能，则需要降低光纤5的拉制速度、或者降低光纤预制棒4的直径。c：b＞0.5时，退火效果也不会好太多。因此，c：b的值为0.5～2.0时，不仅退火效果较好，而且能够充分利用高温炉内的空间。

第一涂覆器11内的高分子气体能够防止较多的空气进入第一涂覆器11，能够保证经第一涂覆器11涂覆的光纤5的质量；第一冷却管13内的小分子气体对光纤5除杂的同时还能够再次冷却光纤5，除杂后的光纤5经过第二涂覆器14时可避免因杂质产生气泡，能够保证光纤5的涂覆质量。第二涂覆器14内的高分子气体能够防止较多的空气进入第二涂覆器14，能够保证了经第一涂覆器14涂覆的光纤5的质量；第二冷却管16内的小分子气体对光纤5进行二次除杂和二次冷却，经二次除杂和二次冷却后的光纤5比较干净，能够保证光纤5的质量。

光纤5在稳定导轮17上高速运行时产生的离心力能够降低光纤5高速运动时产生的抖动，光纤5难以偏离运行路径，能够稳定控制光纤5的涂包同心度，涂包同心度是第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差；高速（2200～2500m/min）拉制光纤5的涂包同心度与低速（1500～2200m/min）拉制光纤5的涂包同心度基本相同，能够保证光纤5的质量。当光纤5的拉制速度提升时，光纤5的离心力将会变大，光纤5偏离原有运行轨迹的趋势更加明显，此时所需的稳定导轮7的数量较多（例如两个或三个），以保证光纤5偏离原有运行轨迹后，稳定导轮7能够对光纤5进行轨迹校正，避免光纤5出现周期性的偏移现象，使光纤5能够稳定运行。

第一冷却管13和第二冷却管16对光纤5除杂后，光纤5在牵引轮19牵引拉制的过程中、以及收丝筒21收丝的过程中均比较干净，能够保证光纤5的质量。

下面通过4个实施例具体说明本发明高速拉制光纤的方法。

实施例1：选取直径为150mm的光纤预制棒4，直径为60mm的尾棒2，拉制速度为2200m/min。

将光纤预制棒4顶部的尾棒2穿过石英套环3，石英套环3的内径为62mm，外径21为150mm；将尾棒2的顶端悬挂在吊棒机构1的底部。光纤预制棒4和套有石英套环3的尾棒2以2200m/min的速度运动，依次经过预热机构6、熔融机构7和退火机构8，a：b的值为1.0，c：b的值为1.0；将预热机构6的温度设定为1350℃，预热机构6对光纤预制棒4和尾棒2进行预热；将熔融机构7的温度设定为1850℃～2200℃，熔融机构7对预热后的光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝，形成光纤5，熔融拉丝的具体过程为：将熔融机构7的温度设定为2200℃，对光纤预制棒4的底部进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1000℃，对光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1850℃，对尾棒2的顶部进行熔融拉丝；将退火机构8的温度设定为1300℃～1600℃，对光纤5进行退火，退火机构8的初始温度（拉丝开始阶段）为1600℃，结束温度为（拉丝结束段）为1300℃。

退火之后的光纤5以2200m/min的速度运动，直径测试仪9对退火之后的光纤5进行直径测试，确定光纤5的直径；直径确定后的光纤5经过冷却装置10，冷却装置10内部的冷却气体对光纤5进行冷却，冷却装置10内部的冷却气体为氦气和氮气混合的气体，其中以氦气为主。冷却气体的冷却效果较强，能够有效降低拉制速度为2200m/min的光纤5表面的温度，实现良好的涂敷。

第一涂覆器11对冷却后的光纤5进行第一次涂覆，形成第一涂覆层，第一涂覆器11的内部填充有氩气与二氧化碳混合的气体，其中以二氧化碳为主；第一涂层固化炉12第一涂覆层进行固化。第一冷却管13内的氦气对光纤5进行除杂和冷却，第一冷却管13的排烟通道排出混有杂质的氦气；第二涂覆器14对第一次涂覆后的光纤5进行第二次涂覆，第一涂覆层外部形成第二涂覆层，第二涂覆器14的内部填充有氩气与二氧化碳混合的气体，其中以二氧化碳为主；第二涂层固化炉15对光纤5的第二涂覆层进行固化。第二冷却管16内的氦气对光纤5进行二次除杂和二次冷却，第二冷却管16的排烟通道排出混有杂质的氦气。

二次除杂和二次冷却的光纤5以2200m/min的速度运动，经过两个稳定导轮17，光纤5在稳定导轮17上转动，稳定导轮17对光纤5进行轨迹校正。轨迹校正后的光纤5以2200m/min的速度运动，依次经过转向轮18、牵引轮19、导向轮20和收丝筒21，转向轮18带动光纤5转向牵引轮19，牵引轮19将光纤5牵引至导向轮20，导向轮20将光纤5导向至收丝筒21，收丝筒21对光纤5进行收丝。

实施例1中拉制出的光纤5的翘曲度为35，光纤5包层的直径控制精度为125±0.3μm，光纤5的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差为1.8μm。

实施例2：选取直径为120mm的光纤预制棒4，直径为50mm的尾棒2，拉制速度为2300m/min。

将光纤预制棒4顶部的尾棒2穿过石英套环3，石英套环3的内径为52mm，外径21为120mm；将尾棒2的顶端悬挂在吊棒机构1的底部。光纤预制棒4和套有石英套环3的尾棒2以2300m/min的速度运动，依次经过预热机构6、熔融机构7和退火机构8，a：b的值为0.5，c：b的值为0.5；将预热机构6的温度设定为1200℃，预热机构6对光纤预制棒4和尾棒2进行预热；将熔融机构7的温度设定为1800℃～2100℃，熔融机构7对预热后的光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝，形成光纤5，熔融拉丝的具体过程为：将熔融机构7的温度设定为2100℃，对光纤预制棒4的底部进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1900℃，对光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1800℃，对尾棒2的顶部进行熔融拉丝；将退火机构8的温度设定为1200℃～1500℃，对光纤5进行退火，退火机构8的初始温度（拉丝开始阶段）为1500℃，结束温度为（拉丝结束段）为1200℃。

退火之后的光纤5以2300m/min的速度运动，直径测试仪9对退火之后的光纤5进行直径测试，确定光纤5的直径；直径确定后的光纤5经过冷却装置10，冷却装置10内部的冷却气体对光纤5进行冷却，冷却装置10内部的冷却气体为氦气和氮气混合的气体，其中以氦气为主。冷却气体的冷却效果较强，能够有效降低拉制速度为2300m/min的光纤5表面的温度，实现良好的涂敷。

第一涂覆器11对冷却后的光纤5进行第一次涂覆，形成第一涂覆层，第一涂覆器11的内部填充有氩气与二氧化碳混合的气体，其中以氩气为主；第一涂层固化炉12第一涂覆层进行固化。第一冷却管13内的氮气与氦气混合的气体对光纤5进行除杂和冷却，第一冷却管13的排烟通道排出混有杂质的气体；第二涂覆器14对第一次涂覆后的光纤5进行第二次涂覆，第一涂覆层外部形成第二涂覆层，第二涂覆器14的内部填充有氩气与二氧化碳混合的气体，其中以氩气为主；第二涂层固化炉15对光纤5的第二涂覆层进行固化。第二冷却管16内的氮气与氦气混合的气体对光纤5进行二次除杂和二次冷却，第二冷却管16的排烟通道排出混有杂质的气体。

二次除杂的光纤5以2300m/min的速度运动，经过一个稳定导轮17，光纤5在稳定导轮17上转动，稳定导轮17对光纤5进行轨迹校正。轨迹校正后的光纤5以2300m/min的速度运动，依次经过转向轮18、牵引轮19、导向轮20和收丝筒21，转向轮18带动光纤5转向牵引轮19，牵引轮19将光纤5牵引至导向轮20，导向轮20将光纤5导向至收丝筒21，收丝筒21对光纤5进行收丝。

实施例2中拉制出的光纤5的翘曲度为60，光纤5包层的直径控制精度为125±0.2μm，光纤5的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差为1.5μm。

实施例3：选取直径为150mm的光纤预制棒4，直径为60mm的尾棒2，拉制速度为2400m/min。

将光纤预制棒4顶部的尾棒2穿过石英套环3，石英套环3的内径为62mm，外径21为150mm；将尾棒2的顶端悬挂在吊棒机构1的底部。光纤预制棒4和套有石英套环3的尾棒2以2400m/min的速度运动，依次经过预热机构6、熔融机构7和退火机构8，a：b的值为1.0，c：b的值为1.0；将预热机构6的温度设定为1350℃，预热机构6对光纤预制棒4和尾棒2进行预热；将熔融机构7的温度设定为1850℃～2200℃，熔融机构7对预热后的光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝，形成光纤5，熔融拉丝的具体过程为：将熔融机构7的温度设定为2200℃，对光纤预制棒4的底部进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1000℃，对光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1850℃，对尾棒2的顶部进行熔融拉丝；将退火机构8的温度设定为1300℃～1600℃，对光纤5进行退火，退火机构8的初始温度（拉丝开始阶段）为1600℃，结束温度为（拉丝结束段）为1300℃。

退火之后的光纤5以2400m/min的速度运动，直径测试仪9对退火之后的光纤5进行直径测试，确定光纤5的直径；直径确定后的光纤5经过冷却装置10，冷却装置10内部的冷却气体对光纤5进行冷却，冷却装置10内部的冷却气体为氦气和氮气混合的气体，其中以氦气为主。冷却气体的冷却效果较强，能够有效降低拉制速度为2400m/min的光纤5表面的温度，实现良好的涂敷。

第一涂覆器11对冷却后的光纤5进行第一次涂覆，形成第一涂覆层，第一涂覆器11的内部填充有氩气与二氧化碳混合的气体，其中以二氧化碳为主；第一涂层固化炉12第一涂覆层进行固化。第一冷却管13内的氦气对光纤5进行除杂和冷却，第一冷却管13的排烟通道排出混有杂质的氦气；第二涂覆器14对第一次涂覆后的光纤5进行第二次涂覆，第一涂覆层外部形成第二涂覆层，第二涂覆器14的内部填充有氩气与二氧化碳混合的气体，其中以二氧化碳为主；第二涂层固化炉15对光纤5的第二涂覆层进行固化。第二冷却管16内的氦气对光纤5进行二次除杂和二次冷却，第二冷却管16的排烟通道排出混有杂质的氦气。

二次除杂和二次冷却的光纤5以2400m/min的速度运动，经过两个稳定导轮17，光纤5在稳定导轮17上转动，稳定导轮17对光纤5进行轨迹校正。轨迹校正后的光纤5以2400m/min的速度运动，依次经过转向轮18、牵引轮19、导向轮20和收丝筒21，转向轮18带动光纤5转向牵引轮19，牵引轮19将光纤5牵引至导向轮20，导向轮20将光纤5导向至收丝筒21，收丝筒21对光纤5进行收丝。

实施例3中拉制出的光纤5的翘曲度为38，光纤5包层的直径控制精度为125±0.2μm，光纤5的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差为1.7μm。

实施例4：选取直径为200mm的光纤预制棒4，直径为60mm的尾棒2，拉制速度为2500m/min。

将光纤预制棒4顶部的尾棒2穿过石英套环3，石英套环3的内径为62mm，外径21为200mm；将尾棒2的顶端悬挂在吊棒机构1的底部。光纤预制棒4和套有石英套环3的尾棒2以2500m/min的速度运动，依次经过预热机构6、熔融机构7和退火机构8，a：b的值为1.0，c：b的值为1.0；将预热机构6的温度设定为1500℃，预热机构6对光纤预制棒4和尾棒2进行预热；将熔融机构7的温度设定为1900℃～2300℃，熔融机构7对预热后的光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝，形成光纤5，熔融拉丝的具体过程为：将熔融机构7的温度设定为2300℃，对光纤预制棒4的底部进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为2100℃，对光纤预制棒4和尾棒2进行熔融拉丝；将熔融机构7的温度设定为1900℃，对尾棒2的顶部进行熔融拉丝；将退火机构8的温度设定为1500℃～1800℃，对光纤5进行退火，退火机构8的初始温度（拉丝开始阶段）为1800℃，结束温度为（拉丝结束段）为1500℃。

退火之后的光纤5以2500m/min的速度运动，直径测试仪9对退火之后的光纤5进行直径测试，确定光纤5的直径；直径确定后的光纤5经过冷却装置10，冷却装置10内部的冷却气体对光纤5进行冷却，冷却装置10内部的冷却气体为氦气和氮气混合的气体，其中以氦气为主。冷却气体的冷却效果较强，能够有效降低拉制速度为2500m/min的光纤5表面的温度，实现良好的涂敷。

第一涂覆器11对冷却后的光纤5进行第一次涂覆，形成第一涂覆层，第一涂覆器11的内部填充有氩气与二氧化碳混合的气体，其中以二氧化碳为主；第一涂层固化炉12第一涂覆层进行固化。第一冷却管13内的氦气对光纤5进行除杂和冷却，第一冷却管13的排烟通道排出混有杂质的氦气；第二涂覆器14对第一次涂覆后的光纤5进行第二次涂覆，第一涂覆层外部形成第二涂覆层，第二涂覆器14的内部填充有氩气与二氧化碳混合的气体，其中以二氧化碳为主；第二涂层固化炉15对光纤5的第二涂覆层进行固化。第二冷却管16内的氦气对光纤5进行二次除杂和二次冷却，第二冷却管16的排烟通道排出混有杂质的氦气。

二次除杂和二次冷却的光纤5以2500m/min的速度运动，经过三个稳定导轮17，光纤5在稳定导轮17上转动，稳定导轮17对光纤5进行轨迹校正。轨迹校正后的光纤5以2500m/min的速度运动，依次经过转向轮18、牵引轮19、导向轮20和收丝筒21，转向轮18带动光纤5转向牵引轮19，牵引轮19将光纤5牵引至导向轮20，导向轮20将光纤5导向至收丝筒21，收丝筒21对光纤5进行收丝。

实施例4中拉制出的光纤5的翘曲度为20，光纤5包层的直径控制精度为125±0.50μm，光纤5的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差为2μm。

本发明不局限于上述实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种高速拉制光纤的装置，包括从上至下设置的吊棒机构（1）、熔融机构（7）、直径测试仪（9）、内部填充有冷却气体的冷却装置（10）、第一涂覆器（11）、第一涂层固化炉（12）、第二涂覆器（14）、第二涂层固化炉（15）和转向轮（18），所述转向轮（18）的左上方或右上方设置有牵引轮（19），所述牵引轮（19）的一侧设置有导向轮（20），所述导向轮（20）的底部设置有收丝筒（21），其特征在于：所述吊棒机构（1）与熔融机构（7）之间设置有石英套环（3），所述石英套环（3）的外径与待拉制的光纤预制棒（4）的外径相同，石英套环（3）的内径与光纤预制棒（4）顶部的尾棒（2）的外径匹配；

所述熔融机构（7）的顶部设置有加热温度为1200℃～1500℃的预热机构（6），预热机构（6）的加热区域的长度与熔融机构（7）的加热区域的长度的比值为0.5～2.0；熔融机构（7）的底部设置有加热温度为1200℃～1800℃的退火机构（8），退火机构（8）的加热区域的长度与熔融机构（7）的加热区域的长度的比值为0.5～2.0；

所述第一涂层固化炉（12）与第二涂覆器（14）之间设置有第一冷却管（13），所述第二涂层固化炉（15）与转向轮（18）之间设置有第二冷却管（16）和至少一个稳定导轮（17），所述稳定导轮（17）位于第二冷却管（16）的下方，第一冷却管（13）的内部和第二冷却管（16）的内部均填充有小分子气体。

2.如权利要求1所述的高速拉制光纤的装置，其特征在于：所述石英套环（3）的底部向上凹陷。

3.如权利要求1所述的高速拉制光纤的装置，其特征在于：所述稳定导轮（17）的数量为至少两个，至少两个稳定导轮（17）错开设置于第二冷却管（16）纵向中轴线的两侧。

4.如权利要求1所述的高速拉制光纤的装置，其特征在于：所述冷却装置（10）的横截面为环形，其内侧壁与外侧壁之间设置有夹层，所述夹层内填充有水。

5.如权利要求1所述的高速拉制光纤的装置，其特征在于：所述小分子气体为氦气、氮气或氦气与氮气混合的气体。

6.如权利要求1至5任一项所述的高速拉制光纤的装置，其特征在于：所述第一涂覆器（11）的内部和第二涂覆器（14）的内部均填充有氩气与二氧化碳混合的气体。

7.如权利要求1至5任一项所述的高速拉制光纤的装置，其特征在于：所述第一冷却管（13）的侧壁和第二冷却管（16）的侧壁均开有排烟管道。

8.一种基于权利要求1至7任一项所述装置的高速拉制光纤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、将光纤预制棒（4）顶部的尾棒（2）穿过石英套环（3），将尾棒（2）的顶端悬挂在吊棒机构（1）的底部；

B、光纤预制棒（4）和套有石英套环（3）的尾棒（2）以2200～2500m/min的速度运动，光纤预制棒（4）和套有石英套环（3）的尾棒（2）依次经过预热机构（6）、熔融机构（7）和退火机构（8）；将预热机构（6）的温度设定为1200℃～1500℃，对光纤预制棒（4）和尾棒（2）进行预热；将熔融机构（7）的温度设定为1800℃～2300℃，对预热后的光纤预制棒（4）和尾棒（2）进行熔融拉丝，形成光纤（5）；将退火机构（8）的温度设定为1200℃～1800℃，对光纤（5）进行退火；

C、直径测试仪（9）对退火之后的光纤（5）进行直径测试；冷却装置（10）内部的冷却气体对光纤（5）进行冷却；

D、第一涂覆器（11）对冷却后的光纤（5）进行第一次涂覆，形成第一涂覆层，第一涂层固化炉（12）对第一涂覆层进行固化，第一冷却管（13）内的小分子气体对光纤（5）进行除杂和冷却；第二涂覆器（14）对光纤（5）进行第二次涂覆，第一涂覆层外部形成第二涂覆层，第二涂层固化炉（15）对第二涂覆层进行固化，第二冷却管（16）内的小分子气体对光纤（5）进行二次除杂和二次冷却；

E、二次除杂和二次冷却后的光纤（5）经过稳定导轮（17），光纤（5）在稳定导轮（17）上转动，稳定导轮（17）对光纤（5）进行轨迹校正；轨迹校正后的光纤（5）依次经过转向轮（18）、牵引轮（19）、导向轮（20）和收丝筒（21），转向轮（18）带动光纤（5）转向牵引轮（19），牵引轮（19）将光纤（5）牵引至导向轮（20），导向轮（20）将光纤（5）导向至收丝筒（21），收丝筒（21）对光纤（5）进行收丝。

9.如权利要求8所述的高速拉制光纤的方法，其特征在于，步骤B中熔融拉丝的过程为：将熔融机构（7）的温度设定为2100℃～2300℃，对光纤预制棒（4）的底部进行熔融拉丝；将熔融机构（7）的温度设定为1900℃～2100℃，对光纤预制棒（4）和尾棒（2）进行熔融拉丝，将熔融机构（7）的温度设定为1800℃～1900℃，对尾棒（2）的顶部进行熔融拉丝。

10.如权利要求8所述的高速拉制光纤的方法，其特征在于：所述光纤（5）的拉制速度为2200～2500m/min，拉制出的光纤（5）的翘曲度在20以上，光纤（5）的直径精度控制在±0.5μm以内，光纤（5）的第一涂覆层、第二涂覆层与包层之间的圆心偏差在2μm以内。

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