CN103339074B - 改进的光纤导向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于引导光纤（2）的装置，其旨在安装在用于制造光纤（2）的竖直塔（T）上，该光纤从位于塔（T）的上部的熔炉（18）中产生并且相对于塔（T）竖直向下地移动，导向装置（1）位于熔炉（18）的下游，该装置包括：第一导向滑轮（10），位于第一导向滑轮（10）的下游的用于扭转光纤（2）的至少一个表面（1220）；第二导向滑轮（14），位于用于扭转光纤（2）的至少一个表面（1220）的下游；以及转向滑轮（16），在第一导向滑轮（10）和用于扭转光纤的至少一个表面（1220）之间的距离（C）大于在用于扭转光纤的至少一个表面（1220）和第二滑轮（14）之间的距离（D），该装置的特征在于其进一步包括用于扭转光纤（2）的第二表面（1222），其中用于扭转光纤（2）的两个表面（1220，1222）为形成在单一扭转滑轮（122）中的凹槽的两个侧面。

Description

改进的光纤导向装置
技术领域
本发明涉及用于制造光纤的装置。更确切地说，本发明涉及在用于制造所述光纤的方法中使用的光纤扭转装置。
背景技术
参考图1（选自文件US5,418,881），一种在现有技术中已知的用于制造光纤的方法包括在其中加热玻璃的熔炉12，优选作为预制棒（玻璃棒）。熔炉通常位于某高度上，优选为高度通常达到20至35米的塔T的顶部。
熔炉12包括位于面向塔的底部的熔炉12的下部的排出口120。从该开口120出现了部分熔融的玻璃条（即，其流变性允许从该开口进行铸造）。该玻璃条形成光纤。
在熔炉下面具有冷却区域14，通过该冷却区域冷却光纤。
一旦光纤13冷却，其继续向下行进到位于下游的用于操作（例如，比如包层）的附加处理站15、16、17、18中。
然后光纤13由一个或多个转向滑轮负责直到绕线轴缠绕光纤的绕线器，该绕线器随后用于该线轴的运输和传送。因此，为了安装光纤，全部所需为从线轴展开光纤。
进一步参考图1，已知的光纤扭转方法的目的为减少偏振模色散（缩写为“PMD”）。通过该方法，光纤13沿着光纤13中的任意瑕疵的光纤进行更加规律分布的扭转，从而使其质量不会变差。在光纤中的一个局部点处的瑕疵的积累能够在相当程度上使其带宽变差。
图2a、图2b和图2c（选自文件US6,324,872）阐释了在现有技术中已知的用于光纤32的导向装置，其旨在安装在用于牵引光纤32的竖直塔T上。光纤32从位于塔T的顶部上的熔炉24中生成，并且相对于塔T竖直向下地行进。导向装置位于熔炉24的下游，并且包括：
-第一导向滑轮76；
-滚轴60，该滚轴60位于第一导向滑轮76的下游，并且其旋转轴与水平面成一定角度。滚轴60绕轴62旋转，使得滚轴的表面64与光纤32接触，并且产生具有一个水平分量CT的摩擦力D。因此水平分量CT的导致了光纤32的扭转，即光纤32的旋转（绕光线32的与其垂直的主轴Y）；
-第二导向滑轮78，该第二导向滑轮78位于光纤32的扭转滚轴60的下游。
虽然在现有技术中已知的该装置有效地允许在光纤32内生成扭转，但是针对其的批评也已经展开。
所生成的扭转具有向上游传播的趋势，但是也向下游传播直到光纤缠绕。然后光纤被这些扭转缠绕，这将产生内力使得难以缠绕光纤甚至不可能缠绕光纤，并且也导致在长期内缠绕的光纤性能变差。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种能够克服该缺点的光纤导向装置。
更具体而言，该发明的目的为提供一种光纤导向装置，允许在所述光纤中生成向光纤上游传播的扭转，但是允许减少或限制扭转向下游传播。
为了该目的，本发明涉及一种光纤导向装置，其旨在安装在用于拉伸光纤的竖直塔上，所述光纤从位于所述塔的顶部的熔炉（生成并且相对于所述塔竖直向下地移动，导向装置位于所述熔炉的下游，所述装置包括：
-第一导向滑轮；
-至少一个光纤扭转表面，其位于第一导向滑轮的下游；
-第二导向滑轮，其位于所述至少一个光纤扭转表面的下游；以及
-转向滑轮；
所述第一导向滑轮和所述至少一个光纤扭转表面之间的距离大于所述至少一个光纤扭转表面和所述第二滑轮之间的距离。
优选地，该装置进一步涉及用于光纤的第二扭转表面，光纤的两个扭转表面为形成在同一扭转滑轮中的凹槽的两个侧壁。
有利地是，但是可选地，本发明包括至少一个下述附加的特征：
-在所述第一导向滑轮和所述至少一个光纤扭转表面之间的距离以及在所述至少一个光纤扭转表面和所述第二滑轮之间的距离的比率在2至20之间；
-第二滑轮和转向滑轮被合并；
-该装置包括连续设置的两个光纤扭转表面；
-分隔两个侧壁的角度在50°至120°之间；
-扭转滑轮的直径和第二滑轮的直径具有相同的值；
-扭转滑轮设置在伺服马达的臂部上，使得滑轮的旋转轴能够被绕水平轴旋转控制；
-伺服马达设置在滑动连接上，使得滑轮的旋转轴能够被控制相对于光纤的拉丝塔水平平移；
-伺服马达包括能够以下述模式中的至少一种控制滑轮的旋转轴的旋转的命令单元，滑轮的旋转轴的位置通过远离水平轴的角度来表征：
-角度随着时间而固定不变；
-角度具有随着时间宽度可变但幅度固定的方波；
-角度具有随着时间宽度可变且幅度随机可变的方波；
-角度具有随着时间可变但幅度固定的正弦脉冲；
-角度具有随着时间可变且幅度可变的正弦脉冲。
附图说明
通过参考所附附图，并且阅读以下所给出的非限制性实例的详细描述，本发明的其他特性、目标和优点将得以阐明，其中：
-图1示意性地显示了现有技术中的光纤拉丝塔；
-图2a为现有技术中的导向装置的斜等轴测投影；
-图2b为沿图2a中的2-2的装置的横截面视图；
-图2c为沿图2a中的3-3的装置的横截面视图；
-图3为根据本发明的一个特定实施方案的导向装置的示意性视图；
-图4显示了根据本发明的一个特定实施方案的导向装置的扭转滑轮；
-图5为示意性地显示了根据本发明的一个特定实施方案的受控扭转滑轮；
-图6显示了根据本发明的一个特定实施方案的扭转滑轮的不同命令模式；以及
-图7为根据本发明的另一个特定实施方案的导向装置的示意性视图。
具体实施方式
参考图3，根据本发明的一个特定实施方案的光纤导向装置旨在安装在用于制造光纤2的竖直塔T上，该光纤产生于位于塔T的顶部的熔炉18，并且相对于塔T竖直向下地行进。光纤拉伸速度（光纤2的行进速度）在1至3000米/分钟之间。导向装置1位于熔炉18的下游，并且一个或多个光纤处理站可以位于熔炉和导向装置1之间，例如电镀站。光纤导向装置包括：
-第一导向滑轮10；该第一导向滑轮10优选地安装为绕水平轴旋转，使得其侧壁平行于塔T的前面T1。该第一滑轮10被放置使得滑轮的光纤上游的方向垂直。滑轮10优选为包括在滑轮的边缘上的凹槽以接收光纤2的类型。
-至少一个扭转光纤2的表面1220，其位于第一导向滑轮10的下游（下面将更详细的描述该表面）。
-第二导向滑轮4，该第二导向滑轮4位于光纤2的扭转表面1220的下游。该滑轮优选为与第一滑轮10相同的类型，并且安装为绕水平轴旋转，使得其侧壁平行于塔T的前面T1。另外，第二滑轮14被安装使得其旋转轴平行于第一滑轮10的旋转轴，优选地包含于一个相同的垂直平面上；
-转向滑轮16，优选为与第一滑轮10和第二滑轮14相同的类型，使得光纤以相对于垂直轴Y的角度α转向，α优选为在75°至120°之间（绝对值）。
根据本发明的一个特征，第一导向滑轮10和光纤扭转表面1220之间的距离C大于光纤扭转表面1220和第二导向滑轮14之间的距离D。更优选地，在把第一导向滑轮10与光纤扭转表面1220分隔的距离C以及把光纤扭转表面1220与第二滑轮14隔开的距离D之间的比率在2至20之间。更优选地，塔T的高度在20米至30米之间，距离C在800毫米至2500毫米之间，以及距离D在150毫米至400毫米之间。
参考图4，并且根据本发明的一个特定实施方案，该装置包括光纤2的两个连续扭转表面1220和1222。光纤2的这两个连续扭转表面1220和1222为沿着一个相同扭转滑轮122的边缘的V形槽的两个侧壁。优选地，凹槽具有对称的V形，即凹槽的两个侧壁1220和1222相对于包含侧壁1220和1222的接合处1223的平面P是对称的。平面P垂直于滑轮122的旋转轴1224。扭转滑轮122被设置使得光纤不包含于平面P。换言之，滑轮的旋转轴不垂直于光纤并且具有相对于轴X的角度β，该轴X为垂直于塔T的前面T1的水平轴（并且因此垂直于图3中的平面）。滑轮的该偏移允许侧壁1220和1222与光纤2接触，从而允许沿轴X生成具有分量Cx的摩擦力。该分量Cx引起光纤2的旋转，即，光纤2沿其长度扭转。优选地，滑轮122绕其旋转轴自由旋转，以便减少光纤的任意退化或其电镀。
扭转通常由每米光纤旋转的数目来定义。该值可以修改，特别是通过作用于通过光纤2上的滑轮122产生的摩擦力。
摩擦力的修改能够通过修改滑轮122的旋转轴1224相对于轴X的角度β来产生。该角度β越大（滑轮122的偏移越多），摩擦力越大，因此产生的扭转越大。
意想不到地是，本发明首先允许扭转向滑轮122的上游移动直到熔炉18，并且其次允许扭转在滑轮14的下游被阻塞，即滑轮14的光纤下游包含扭转的减少的数目。
因此，由于滑轮14的光纤下游不再具有任何剩余的扭转，其能够容易地使用以及缠绕，而没有剩余扭转。因此不存在光纤退化的风险。
优选地，扭转滑轮122的两个侧壁1220和1222以相对于彼此在50°和120°之间的角度γ放置。可选地，扭转滑轮122的直径和第二导向滑轮14的直径基本上为相同的值，优选地从50毫米至60毫米。转向滑轮16优选地具有60毫米的直径（在现有技术中通常使用具有较大直径的转向滑轮，例如170毫米）。
参考图5，该扭转滑轮122优选地设置在伺服马达120的臂部上，使得滑轮122的旋转轴X能够被控制绕垂直于轴Y和轴X且因此平行于平面T1的水平轴Z旋转。使用伺服马达的一个优点为容易修改滑轮1224的旋转轴和轴X之间的角度，其并不是如图2a到图2c中所示的已知的现有技术装置的情况，其中所述轴的修改仅为机械修改（通过内置的凸轮）。因此，在滚轴旋转轴行为中的任意修改需要修改凸轮的形状。但是，根据本发明的装置，通过仅改变伺服马达120的电气命令而不通过任意其他的机械改变能够容易地修改滑轮122的旋转轴1224的定向。
现在已经发现，随着时间随机可变扭转的使用允许防止在光纤中的常规缺陷。缺陷的规律性也是光纤带宽的退化因素。
使用根据本发明的装置，通过伺服马达120的单独电气命令简化扭转的所述修改，例如通过控制单元1202。作为说明，图6显示了不同的功能模式：
-模式1201，其中角度β随着时间而固定不变；
-模式1202，其中角度β具有随着时间宽度可变但幅度固定的方波；
-模式1203，其中角度β具有随着时间宽度可变且幅度随机可变的方波；
-模式1204，其中角度β具有随着时间可变但幅度固定的正弦脉波；
-模式1205，其中角度β具有随着时间可变但幅度可变的正弦脉冲；
明显地，通过单独修改伺服马达120的命令信号能够使用其他用于修改滑轮122的角度β的模式。角度β的变化的幅度优选地相对于光纤拉伸的速度进行计算，使得所生成的扭转优选地在0到12旋转/米之间。
再次参考图5，伺服马达120也允许滑轮122相对于用于制造光纤2的塔T的沿轴Z的水平平移。为了该目的，例如规定将伺服马达120安装在具有可调节支承125的水平滚珠滑轨上，然后该伺服马达120能够通过由气动进给124控制的气缸123在水平位置上进行调节。显然，可以设置行程终止传感器和/或测微表以反馈用于命令伺服马达120的平移的信息。因此，特别是能够将至少两个水平位置提供给伺服马达120：
-位置P0，其中滑轮122不与光纤2接触（并且因此不在光纤内生成扭转）；
-位置P1，其中滑轮122与光纤2接触（并且因此生成扭转）；该位置显示在图3中。
作为一个实例，缠绕距离（由在位置P1上沿着轴Z的滑轮122的压力引起的光纤2沿轴Z行进的距离B）为50毫米。
参考图7，显示出了位置P0。该图还显示了其中合并了第二滑轮14和转向滑轮16的实施方式。

Claims (9)

1.一种光纤导向装置(1)，旨在安装在用于制造光纤(2)的竖直塔(T)上，所述光纤从位于所述竖直塔(T)的顶部的熔炉(18)生成并且相对于所述竖直塔(T)竖直向下地移动，光纤导向装置(1)位于所述熔炉(18)的下游并且包括：
-第一导向滑轮(10)；
-用于扭转所述光纤(2)的至少一个表面(1220)，该至少一个表面位于所述第一导向滑轮(10)的下游；
-第二导向滑轮(14)，所述第二导向滑轮(14)位于扭转所述光纤(2)的至少一个表面(1220)的下游；以及
-转向滑轮(16)，
所述第一导向滑轮(10)和至少一个光纤扭转表面(1220)之间的距离(C)大于所述至少一个光纤扭转表面(1220)和第二导向滑轮(14)之间的距离(D)；
所述装置的特征在于其进一步包括用于扭转所述光纤(2)的第二表面(1222)，其中用于扭转所述光纤(2)的两个表面(1220，1222)为形成在同一扭转滑轮(122)中的凹槽的两个侧壁。
2.根据权利要求1所述的装置，其中在所述第一导向滑轮(10)和所述至少一个光纤扭转表面(1220)之间的距离(C)和所述至少一个光纤扭转表面(1220)和所述第二导向滑轮(14)之间的距离(D)之间的比率在2至20之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二导向滑轮(14)和所述转向滑轮(16)被合并。
4.根据权利要求1所述的装置，其中用于扭转所述光纤(2)的两个表面(1220，1222)连续设置。
5.根据权利要求1所述的装置，其中分隔用于扭转所述光纤(2)的两个表面(1220，1222)的角度在50°至120°之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其中扭转滑轮(122)的直径和所述第二导向滑轮(14)的直径具有相同的值。
7.根据权利要求1所述的装置，其中扭转滑轮(122)设置在伺服马达(120)的臂部上，使得滑轮的旋转轴能够被控制绕水平轴(Z)旋转。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述伺服马达(120)设置在滑动连接上，使得滑轮的旋转轴能够被控制相对于用于制造所述光纤(2)的所述竖直塔(T)水平平移。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的装置，其中所述伺服马达(120)包括能够按照下面模式中的至少一种控制滑轮的旋转轴的旋转的命令单元(1202)，扭转滑轮(122)的旋转轴的位置的通过相对于水平轴(X)的角度β来表征；
-角度(β)随着时间而固定不变；
-角度(β)具有随着时间宽度可变但幅度固定的方波；
-角度(β)具有随着时间宽度可变且幅度随机可变的方波；
-角度(β)具有随着时间可变但幅度固定的正弦脉冲；
-角度(β)具有随着时间可变且幅度可变的正弦脉冲。
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