CN104520741B - 用于光纤增强部件的加热处理装置、设置有该加热处理装置的光纤熔接器以及对光纤增强部件进行热处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于光纤增强部件的加热处理装置，从而能够根据向加热部施加的电压来设定最优加热条件。用于光纤增强部件的加热处理装置(10)设置有：光纤保持部(11)，其能够保持光纤，熔接部分被增强部件覆盖；加热部(12)，其能够加热增强部件；电源部(14)，其向加热部(12)施加电压；以及控制部(20)，其控制电源部(14)向加热部(12)施加的电压。控制部(20)设置有：检测单元(21)，其检测用于计算加热部(12)的发热量的参数；存储单元(22)，其存储因各个参数值而异的多个加热条件；以及条件指示单元(23)，其根据检测单元(21)检测到的参数值来选择多个加热条件中的任一条件并基于所选择的加热条件来指示电源部(14)向加热部(12)施加电压。

Description

用于光纤增强部件的加热处理装置、设置有该加热处理装置 的光纤熔接器以及对光纤增强部件进行热处理的方法

技术领域

本发明涉及用于光纤增强部件的加热装置、包括该加热装置的光纤熔接器以及用于加热光纤增强部件的方法。加热处理装置加热对光纤的熔接部分提供保护的光纤增强部件并使光纤增强部件收缩，以增强熔接部分。

背景技术

日本专利No.4165375描述了一种加热装置，该加热装置加热对光纤的熔接部分提供保护的光纤增强部件并使光纤增强部件收缩，以增强熔接部分。加热装置包括加热单元(加热部)，加热单元由弯曲成具有大致U形横截面的面状加热元件形成。面状加热元件具有：中央加热部，中央加热部是与保持在其中的增强部件进行面接触的U形底部；以及两个侧方加热部，侧方加热部都是不与增强部件接触的侧部。侧方加热部的加热温度比中央加热部的加热温度低。

近年来，为了缩短加热增强部件的时间，必须通过采用例如日本专利No.4164375中的面状加热元件作为加热部来减小热容量，或者将加热温度设置为高值。然而，采用面状加热元件使得加热部每单位时间所产生的发热量减少，并且使得达到期望加热温度的时间延长。

向加热装置施加的电压越低，加热部每单位时间所产生的发热量越小。因此，当向加热装置施加的电压较低时，需要延长加热部的加热时间以达到期望的加热温度。这导致加热部加热一个增强部件所消耗的能量增大。如果从电池向加热部供电，则电池有可能在加热处理完成之前耗尽。

发明内容

<技术问题>

本发明的目的是提供用于光纤增强部件的加热装置、包括该加热装置的光纤熔接器以及用于加热光纤增强部件的方法，该加热装置能够根据向加热部施加的电压来设置最优的加热条件。

<技术方案>

为了实现上述目的，提供一种用于光纤增强部件的加热装置。所述加热装置包括：(1)光纤保持部，其构造成保持光纤，所述光纤的熔接部分被所述光纤增强部件覆盖；(2)加热部，其构造成加热所述光纤增强部件；(3)电源部，其构造成向所述加热部施加电压；以及(4)控制部，其构造成控制所述电压，所述控制部包括：检测单元，其检测用于确定所述加热部的发热量的参数；存储单元，其存储多个加热条件；以及条件指示单元，其根据所述参数的值来选择所述多个加热条件中的任一条件，并基于所选择的加热条件来指示所述电源部向所述加热部施加电压。

在本发明的加热装置中，用于确定所述加热部的发热量的参数可以是向所述加热部施加的电压。本发明的加热装置还可以包括冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述加热部。所述加热条件可以顺序地包括：向所述加热部施加电压的施加电压步骤中的条件，不向所述加热部施加电压以允许所述光纤增强部件自然地冷却的不施加电压步骤中的条件，以及利用所述冷却装置强制地冷却所述光纤增强部件的冷却步骤中的条件。

作为本发明的另一个实施例，提供一种光纤熔接器，所述光纤熔接器包括本发明的加热装置。

根据本发明的用于加热光纤增强部件的加热方法是如下所述的增强部件加热方法：在将光纤熔接在一起之后，利用加热部来加热将光纤的熔接部分覆盖的所述光纤增强部件，以增强所述熔接部分。所述加热方法包括：基于多个加热条件中的任一条件向所述加热部施加电压；检测用于确定所述加热部的发热量的参数；根据检测到的参数的值来选择所述多个加热条件中的任一条件；以及基于所选择的加热条件向所述加热部施加电压，以加热和增强所述光纤增强部件。在本发明的加热方法中，用于确定所述加热部的发热量的所述参数优选地包括向所述加热部施加的电压。

<有益效果>

在本发明中，加热部以根据从检测单元获取的参数的值而从多个不同的加热条件中选择的加热条件为基础进行加热。这样，可以根据包括向加热装置施加的电压在内的多个参数来优化用于增强部件的加热条件。

附图说明

图1是示出本发明的加热装置所要处理的光纤增强部件的概念图(光纤从光纤增强部件穿过)。

图2是示出安装有根据本发明实施例的加热装置的光纤熔接器的透视图(光纤设置在光纤熔接器上)。

图3是示出根据本发明实施例的加热装置的透视图(光纤被保持在加热装置中)。

图4是示出根据本发明的加热装置的实例的框图。

图5是示出根据本发明实施例的加热处理的流程图。

图6是示出图5中的加热处理从开始到完成的过程中温度如何变化的曲线图。

图7是示出根据本发明实施例的加热处理的变型例的流程图。

图8是示出根据本发明实施例的加热处理的另一变型例的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。附图只是出于示例的目的，而不意在限制本发明的范围。为了避免重复描述，附图中相同的附图标记表示相同的部件。附图不一定是按比例精确地绘制的。

首先，描述由根据本发明实施例的光纤熔接器执行的光纤熔接处理以及由根据本发明实施例的加热装置执行的光纤增强部件加热处理。图1是示出本发明的加热装置所要处理的光纤增强部件200的概念图，光纤从光纤增强部件200穿过。图2是示出安装有根据本发明实施例的加热装置10的光纤熔接器1的透视图，光纤设置在光纤熔接器1上。

为了熔接光纤，如图1所示，将单芯光纤100a和100b各自的端部处的外涂层去除，以使裸光纤部分露出。然后，在将光纤100b插入增强部件200中的情况下，将光纤100a和100b设置在熔接器1的熔化机构单元2中(参见图2)。然后，利用电弧放电等将从光纤100a和100b的端部露出的裸光纤部分熔接在一起，从而形成熔接部分110。利用监控装置3连续地监控熔接的状态。

然后，将熔接起来的光纤100a和100b从熔化机构单元2移开，并移动增强部件200以覆盖熔接部分110(参见图1)。然后，将增强部件200设置在与熔化机构单元2相邻的加热装置10中，并进行预定的加热处理。这样，增强部件200受热并收缩，由此增强光纤100a和100b的熔接部分。

如图1所示，增强部件200优选地由热收缩性保护管210形成。增强部件200可以包括：热熔性粘合剂管220，熔接部分110插入热熔性粘合剂管220中；以及抗张力体230，其增强熔接部分110，以防止熔接部分110弯曲。

图3是示出根据本发明实施例的加热装置10的透视图，光纤被保持在加热装置10中。图4是加热装置10的框图。安装在熔接器1上的加热装置10包括一对光纤保持部11、加热部12以及盖部13，光纤保持部11能够保持光纤100a和100b，加热部12能够加热增强部件200。

这对光纤保持部11可旋转地安装在加热装置10中。光纤保持部11构造成保持分别连接在熔接部分110的两端上的各光纤100a和100b。加热部12设置在光纤保持部11之间。加热部12由弯曲成具有U形横截面的面状加热元件形成。覆盖熔接部分110的增强部件200被保持在U形面状加热元件内。加热部可以是长板状部件，熔接部分110设置在该长板状部件上。盖部13可开闭地设置在加热部12的上侧，以便在加热处理期间防止加热部12被手触及或者防止加热环境被外部空气改变。

如图4所示，加热装置10还包括电源部14和控制部20。电源部14与加热部12电连接并且向加热部12施加预定电压以加热加热部12。控制部20控制加热部12对覆盖熔接部分110的增强部件200进行加热时所处的加热条件。控制部20包括检测单元21、存储单元22和条件指示单元23。这里，加热条件是指加热部12的加热温度和加热时间的组合，并且被存储为各种增强部件200的表格的形式。

在将用于启动加热增强部件200的处理的加热开关(未示出)打开之后，检测单元21检测电源部14施加在加热部12上的电压，该电压用作确定加热部12的发热量的参数。例如，如果检测到的电压较高，则能确定加热部12的发热量较大；相反地，如果检测到的电压较低，则能确定加热部12的发热量较小。检测单元21可以检测电源部14的供应电压代替施加到加热部12上的电压，以作为用于确定加热部12的发热量的参数。

存储单元22存储用于加热增强部件200的多个加热条件，这些条件基于施加到加热部12上的电压或电源部14的供应电压而异。存储单元22可以存储基于增强部件200的材料或厚度而异或者基于光纤100a和100b的裸光纤部分的外径或类型而异的多个加热条件。条件指示单元23根据由检测单元21检测到的加热部12的发热量来选择存储单元22中的多个加热条件中的任一条件，并基于所选择的加热条件指示电源部14向加热部12施加电压。

图5是示出使用根据本发明实施例的加热装置10进行的加热处理的流程图。首先，根据电源部14的供应电压、所要加热和增强的光纤100a和100b的直径或类型、或者增强部件200的类型，控制部20从存储在存储单元22中的多个加热条件中选择最优的加热条件(步骤S1)。然后，控制部20打开加热部12的加热开关(步骤S2)。

在打开加热部12的加热开关之后，控制部20使得检测单元21检测施加到加热部12上的电压(步骤S3)。然后，控制部20使得条件指示单元23基于检测到的电压从存储在存储单元22中的多个不同的加热条件中选择最优的加热条件(步骤S4)。

然后，基于所选择的加热条件，控制部20向加热部12施加电压，以将加热部12加热至预定的加热温度并且开始加热增强部件200的处理(步骤S5)。然后，控制部200判断是否需要在加热期间重新选择加热条件(步骤S6)。基于加热期间施加的电压的下降量来确定重新选择的必要性。在利用加热部12进行加热期间，施加到加热部12上的电压趋于恒定地下降。因此，如果从加热处理的起始阶段开始，电压的下降量超过预定的阈值，则需要重新选择加热条件以便最优化。

如果在加热期间施加到加热部12上的电压的下降量不超过预定的阈值，则不需要重新选择加热条件(步骤S6中结果为否)；根据在开始加热之前选择的加热条件，经过预定的时间段之后，控制部20停止向加热部12施加电压。当加热部温度下降到预定值(在从100℃至约150℃的范围内，也就是增强部件的软化温度附近)时，加热完成(步骤S7)。另一方面，如果需要重新选择加热条件(步骤S6中结果为是)，则控制部20检测此时的电压(步骤S8)，使得条件指示单元23基于检测到的电压来重新选择最优的加热条件(步骤S9)，并在重新选择的加热条件下继续进行加热处理(步骤S10)。然后，控制部20根据施加到加热部12上的电压的下降量来重复进行加热条件的重新选择，并在经过预定的时间段之后停止向加热部12施加电压。

图6是示出图5中的从加热开始(步骤S5)到加热完成(步骤S7)的过程中温度如何变化的曲线图。曲线A示出在由与13.8V AC电源相连的加热装置10执行加热处理的过程中温度如何是变化的。曲线B示出在由与内部或外部11.8V中压电池相连的加热装置10执行加热处理的过程中温度如何是变化的。曲线C示出在由与内部或外部9V低压电池相连的加热装置10执行加热处理的过程中温度如何是变化的。

由AC电源供电的加热处理(参见曲线A)包括以下电压施加步骤：向加热部12施加电压，把加热部12以例如230℃的温度加热12秒。在停止向加热部12施加电压之后，执行强制冷却步骤；在强制冷却步骤中，利用预定的冷却装置强制性地将加热部12冷却到预定的温度。在与AC电源相连的加热装置10中，不执行不施加电压步骤(稍后描述)。

在由中压电池供电的加热处理(参见曲线B)中，通过向加热部12施加电压，把加热部12以例如190℃至210℃的温度加热10秒。然后，执行不施加电压步骤；在不施加电压步骤中，停止向加热部12施加电压，以允许自然冷却例如10秒。在该步骤中，增强部件200继续被加热部12的余热加热而收缩。然后，利用冷却装置强制性地将加热部12冷却到预定的温度。

在由中压电池供电的加热处理中，由于加热温度比由AC电源供电的情况下的加热温度低，所以需要延长加热部12的加热时间，以使增强部件200充分地收缩。然而，延长向加热部12施加电压的时间导致耗电量增加。作为一种应对方案，在本发明中，使得由中压电池供电的施加电压阶段(0至tB1)比由AC电源供电的施加电压阶段(0至tA1)短，并且设置自然冷却阶段(tB1至tB2)以减小耗电量。在自然冷却阶段，增强部件200被加热部12的余热加热而收缩。

在由低压电池供电的加热处理(参见曲线C)中，通过向加热部12施加电压，把加热部12以例如160℃至180℃的温度加热8秒。然后，停止向加热部12施加电压，以允许自然冷却例如20秒。然后，利用冷却装置强制性地将加热部12冷却到预定的温度。

在由低压电池供电的加热处理中，由于加热温度比由中压电池供电的情况下的加热温度低，所以需要进一步延长加热部12的加热时间，以使增强部件200充分地收缩。在本发明中，使得由低压电池供电的施加电压阶段(0至tC1)比由中压电池供电的施加电压阶段(0至tB1)短，并设置比由中压电池供电的情况下的自然冷却阶段长的自然冷却阶段(tC1至tC2)，以减小耗电量。

如图6所示，根据供应到加热装置10的电压来改变向加热单元12施加电压的施加电压阶段。在低电压的情况下，设置不施加电压阶段，以便利用余热来保持增强部件200受热和收缩。因此，可以减小耗电量，并且缩短从加热步骤到冷却步骤的处理时间。

<实例1>

表I示出覆盖熔接部分110的增强部件200被加热装置10加热且收缩的实例的结果。

表I

在比较例1中，尽管向加热装置10施加的电压V在9V至13.8V的范围内变化，但没有根据所施加的电压V对加热部12进行加热的加热条件(这些加热条件包括：用于加热中心部分的加热温度T_c，在达到温度T_c之后向中心部分施加电压的电压施加时间t_c，加热两端部分的加热温度T_s，在达到温度T_s之后向两端部分施加电压的电压施加时间t_s，自然冷却时间t_n以及强制冷却时间t_f)进行优化，而是无论电压如何都采用相同的加热条件。具体地说，在把加热部12的中心部分以230℃的温度加热5秒之后，把加热部12的两端部分以230℃的温度加热13秒。这样，增强部件200受热并收缩，以执行增强处理。加热和增强时间t_r，即从开始向加热部12施加电压直到加热部12冷却到150℃为止所需的时间量，如表I所示。在比较例1中，电压越低，温度T_c和温度T_s达到230℃所花费的时间越长，并且加热和增强时间越长。

另一方面，在实例1中，根据向加热装置10施加的电压来优化加热条件，以便加热和增强增强部件200。在实例1中，存在如下趋势：加热和增强时间随着供应电压降低而稍微延长。然而，当使用低压电池时所需的加热和增强时间远远短于比较例1中所需的加热和增强时间。

如上所述，顺序地加热，而不是同时加热加热部12的中心部分和两端部分。这样允许增强部件200中的粘合剂管220从中心开始朝两端发生熔化。因此，在熔接部分110的中心的内部和周围产生的气泡能够被推向两端，并且能够防止空气残留在增强部件200中。

<实例2>

接下来，使用覆盖有增强部件300的熔接部分110来执行与增强部件200的评估试验类似的评估试验。增强部件300的尺寸与增强部件200的尺寸不同。试验结果如表II所示。

表II

在比较例2中，尽管与加热装置10相连的电池的供应电压在9V至13.8V的范围内变化(与比较例1类似)，但用于增强部件300的加热条件也同样与电压无关。结果，在比较例2中，加热和增强时间随着电池的供应电压降低而显著地延长，如表II所示。

另一方面，在实例2中，与实例1中类似地根据与加热装置10相连的电池的供应电压(在9V至13.8V的范围内)来优化用于增强部件300的加热条件，以便加热和增强增强部件300。在实例2中，存在如下趋势：加热和增强时间随着电压降低而稍微延长。然而，当使用低压电池时所需的加热和增强时间显著短于比较例2中所需的加热和增强时间。

<实例3>

当利用与低压电池相连的加热装置10来加热和增强被增强部件300覆盖的熔接部分110时，执行评估试验来验证加热操作次数和电池放电水平之间的关系。在比较例3中，使用以前使用过的加热条件(加热温度T_c：230℃，电压施加时间t_c：5秒，加热温度T_s：230℃，电压施加时间时间t_s：13秒，以及自然冷却时间：0秒)。在实例3中，使用用于低压电池的最优加热条件(加热温度T_c：210℃，电压施加时间t_c：5秒，加热温度T_s：210℃，电压施加时间t_s：8秒，以及自然冷却时间：5秒)。表III示出结果。在表III中，“电池剩余电量”表示相对于处于充满电状态的电池电量而言的剩余电量百分比。

表III

在比较例3中，直到装置不能操作之前加热操作的次数为84次；然而，在实例3中为115次。这表明，通过根据所使用的电池的电压来修正和优化加热条件，增加了每块电池的操作次数并且提高了操作效率。

在加热装置10中，条件指示单元23根据以电压为基础检测到的加热部12的发热量来选择多个加热条件中的任一条件，并基于所选择的加热条件向加热部12施加电压。这样能够为所使用的电源设定最优的加热条件。因此，即使当加热装置10与低压电池相连时，与以前相比，也能够对增强部件200和300执行更多次的加热操作。另外，通过优化增强部件200和300的加热量，能够防止在完成加热之前电池耗尽。

尽管以上描述了本发明的一些实施例，但本发明不限于上述实施例并且可以采用其它必要的构造。例如，可以在完成加热处理之后(即，在刚刚完成了增强部件200和300的强制冷却之后)检测电压，以便优化加热条件。在这种情况下，能够优化在下一次加热处理中采用的条件。

作为电压的替代，可以使用电流值、电阻值、电功率、电能等作为参数。可以通过在加热装置10中设置检测电路或者通过将电压除以电阻值来确定电流值。可以通过在预定的测量时间内监控加热部12中流动的电流的变化量来确定电流值。可以基于预定的时间内加热部12的电阻的变化量来确定电阻值。电功率可以利用电压值、电流值和电阻值之间的关系式来确定，或者可以由电功率的变化量来确定。电能可以利用电压值、电流值、电阻值和时间之间的关系式来确定，或者可以根据电功率的变化量来确定。在使用任何参数的情况下，均可以确定：高参数值与加热部12的高发热量对应，低参数值与加热部12的低发热量对应。

图7是示出将电流值或电阻值用作参数的加热处理的流程图。控制部20从存储在存储单元22中的多个不同的加热条件中选择任一加热条件(步骤S11)，然后打开加热部12的加热开关(步骤S12)。然后，基于所选择的加热条件，控制部20向加热部12施加电压，以将加热部12加热至预定的加热温度并开始增强部件200的加热处理(步骤S13)。

在开始加热之后，控制部20使得检测单元21检测流到加热部12的电流值或加热部12的电阻值(步骤S14)。为了便于确定加热部12的发热量，优选的是，在加热部12加热之后立刻检测电流值或电阻值。然后，基于检测到的电流值或电阻值，控制部20使得条件指示单元23改变加热条件(步骤S15)，并基于改变后的加热条件来加热增强部件200(步骤S16)。

如果不需要在加热期间进一步改变加热条件(步骤S17中为否)，则根据在步骤S15中改变的加热条件，在经过预定的时间之后，控制部20停止向加热部12施加电压。当加热温度下降到预定值(在从100℃至约150℃的范围内，也就是增强部件的软化温度附近)时，加热完成(步骤S18)。另一方面，如果需要改变加热条件(步骤S17中为是)，则控制部20检测加热期间的电流值或电阻值(步骤S19)，基于检测到的电流值或电阻值再次改变加热条件(步骤S20)，并在改变后的加热条件下继续加热(步骤S21)。然后，控制部20根据施加到加热部12上的电压的下降量来重复进行加热条件的改变，并在经过预定的时间之后停止向加热部12施加电压。利用这种构造，能够使用电流值或电阻值而不是施加到加热部12上的电压作为参数来优化加热条件。

图8是示出将电功率或电能用作参数的加热处理的流程图。控制部20从存储在存储单元22中的多个不同的加热条件中选择任一加热条件(步骤S31)，然后打开加热部12的加热开关(步骤S32)。然后，基于所选择的加热条件，控制部20向加热部12施加电压，以把加热部12加热至预定的加热温度并开始增强部件200的加热处理(步骤S33)。

在开始加热之后，控制部20使得检测单元21检测加热部12的电压值、电流值和电阻值(步骤S34)。基于检测到的电压值、电流值和电阻值，控制部20计算电功率或电能(步骤S35)。然后，基于计算出的电功率或电能，控制器20使得条件指示单元23改变加热条件(步骤S36)，并基于改变后的加热条件加热增强部件200(步骤S37)。

如果不需要在加热期间进一步改变加热条件(步骤S38中为否)，则根据在步骤S36中改变的加热条件，在经过预定的时间之后，控制部20停止向加热部12施加电压。当加热部温度下降到预定值(在从100℃至约150℃的范围内，也就是增强部件的软化温度附近)时，加热完成(步骤S39)。另一方面，如果需要改变加热条件(步骤S38中为是)，则控制部20检测加热期间的电压值、电流值和电阻值(步骤S40)，并且基于检测到的电压值、电流值和电阻值计算电功率或电能(步骤S41)。控制部20基于计算出的电功率或电能再次改变加热条件(步骤S42)，并在改变后的加热条件下继续加热(步骤S43)。然后，控制部20根据施加到加热部12上的电压的下降量来重复进行加热条件的改变，并在经过预定的时间之后停止向加热部12施加电压。

利用这种构造，能够使用电功率或电能而不是施加到加热部12上的电压作为参数来优化加热条件。对于将要成为选择目标的加热条件，不需要以表格的形式分别地存储数据。通过使用预定的近似表达式(在该表达式中，所要检测的参数被定义为变量)，可以在每次检测到参数之后通过计算来确定目标值。为了保持被确定为目标的加热条件，可以使用常用的控制装置来控制加热条件。

<工业实用性>

本发明适用于在室外线路架设现场使用的光纤熔接器。

Claims (4)

1.一种用于光纤增强部件的加热装置，包括：

光纤保持部，其构造成保持光纤，所述光纤的熔接部分被所述光纤增强部件覆盖；

加热部，其构造成加热所述光纤增强部件；

电源部，其构造成向所述加热部施加电压；以及

控制部，其构造成控制所述电压，所述控制部包括：

检测单元，其检测施加在所述加热部上的电压或所述电源部的供应电压作为用于确定所述加热部的发热量的参数；

存储单元，其存储多个加热条件；以及

条件指示单元，其根据所述参数的值来选择所述多个加热条件中的任一条件，并基于所选择的加热条件来指示所述电源部向所述加热部施加电压。

2.根据权利要求1所述的加热装置，还包括：

冷却装置，其用于冷却所述加热部，

其中，所述加热条件顺序地包括：向所述加热部施加电压的施加电压步骤中的条件，不向所述加热部施加电压以允许所述光纤增强部件自然地冷却的不施加电压步骤中的条件，以及利用所述冷却装置强制地冷却所述光纤增强部件的冷却步骤中的条件。

3.一种光纤熔接器，包括：

根据权利要求1或2所述的加热装置。

4.一种用于加热光纤增强部件的加热方法，所述加热方法是利用加热部来加热和增强对光纤的熔接部分提供保护的所述光纤增强部件的方法，所述加热方法包括：

基于多个加热条件中的任一条件向所述加热部施加电压；

检测施加在所述加热部上的电压或电源部的供应电压作为用于确定所述加热部的发热量的参数；

根据所述参数的值来选择所述多个加热条件中的任一条件；以及

基于所选择的加热条件向所述加热部施加电压，以加热和增强所述光纤增强部件。