CN105060739A - 一种光强可调的光纤涂层紫外固化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光强可调的光纤涂层紫外固化设备，包括有筒状安装基座，在筒状安装基座内腔沿周向和轴向安设UVLED光源模块，在UVLED光源模块发光面前配置柱面聚焦透镜，使得UVLED光源模块发射的紫外光线聚焦于一条固化轴线上，其特征在于筒状安装基座内腔安设紫外线传感器，紫外线传感器通过紫外线强度信号处理模块与UVLED电源控制模块相联，UVLED电源控制模块与UVLED光源模块连接，使光纤拉制速度与紫外线强度形成控制闭环。本发明使得UVLED光源输出与光纤拉制速度实时调整和匹配，从而保证和提高光纤涂层固化质量，高效利用UVLED光源并节约电能；本发明不仅结构设置合理简单，固化效率高，能耗少，而且自动化程度高，涂层质量好，且使用简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种对高速拉制光纤的涂覆层进行高效固化的设备，具体涉及一种光强可调的光纤涂层紫外固化设备，属于光纤制造设备技术领域。
背景技术
光纤外表面通常具有一层或数层涂覆层作为其保护层。在典型的光纤拉制工艺过程中，预制棒被熔缩牵引拉制成裸光纤时，需要在线涂覆两层或者两层以上的涂层。通常一个相对柔软的内部涂层防止光纤产生微观弯曲，一个相对坚硬的外部涂层给光纤提供附加的保护和更好的可操作性。这些有机聚合物涂层可以通过加热（热固化）或紫外光照射（UV固化）的方式固化至光纤表面。光纤涂层的紫外线（UV）固化是指利用紫外线引发光纤上液态涂层材料的快速聚合交联，使其瞬时固化成固体材料。紫外线固化需要将涂层曝露于高强度紫外线辐射之中。提高紫外线的强度可以减少固化时间。而减少固化时间是提高光纤拉制线速度从而提升光纤生产效率的重要环节。
目前的光纤拉丝工艺中多采用汞灯（比如高压汞灯和汞氙灯）来生成紫外线辐射。高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸汽，使之电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间的碰撞而发光。汞灯的缺点是需要相当大的功率来产生足够强度的紫外线辐射。例如，固化一根单涂覆层光纤（比如聚合涂覆）可能需要总共50kw的功率消耗。汞灯的另外一个缺点是：大量用于点亮汞灯的能量会以热能而不是紫外线的形式发射出去，也就是说汞灯对能量的利用率比较低。同时由于汞灯产生大量的热量，汞灯固化设备需要冷却以防止设备过热。
更进一步说，汞灯产生的电磁辐射谱宽较宽，其中包含波长小于200纳米和大于700纳米的电磁波（比如红外光）。通常，UV放射线中波长在300到400纳米之间的可以用于固化，因此汞灯产生的电磁辐射大部分被浪费。
随着UVLED（紫外线发光二极管）技术的发展，作为UV辐射源，UVLED相比传统汞灯有更高的能效、更长的寿命（无极灯寿命大约8000小时，而UVLED寿命可达3万小时）、更小的发热量、更少的能耗和更环保（不含汞且不产生臭氧）等优点。应用UVLED代替传统的汞灯进行光纤涂覆固化将是很有优势的。与传统汞灯比较，UVLED设备需要的能量显著减少，并相应地产生更少的热量，而且在光纤涂覆中将具有更高的效率。
中国专利CN公开了一种光纤涂层紫外固化设备，该设备在筒状安装基座内腔沿周向和轴向安设UVLED光源模块，在UVLED光源模块发光面前配置柱面聚焦透镜，使得UVLED光源模块发射的紫外光线聚焦于一条固化轴线上。该光纤涂层固化设备不仅光源使用寿命长、发热量小、能耗低，而且固化均匀性好，固化效率高。但在实际使用中，该UVLED光源模块不能根据光纤的实时拉丝速度和涂层情况对紫外光强进行自动调节，不仅会造成能耗的浪费，也会影响光纤涂层的固化质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提出一种光强可调的光纤涂层紫外固化设备，它不仅结构设置合理简单，固化效率高，能耗少，而且自动化程度高，涂层固化质量好。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
包括有筒状安装基座，在筒状安装基座内腔沿周向和轴向安设UVLED光源模块，在UVLED光源模块发光面前配置柱面聚焦透镜，使得UVLED光源模块发射的紫外光线聚焦于一条固化轴线上，其特征在于筒状安装基座内腔安设紫外线传感器，紫外线传感器通过紫外线强度信号处理模块与UVLED电源控制模块相联，UVLED电源控制模块与UVLED光源模块连接，使光纤拉制速度与紫外线强度形成控制闭环。
按上述方案，所述的紫外线传感器安设在UVLED光源模块发射端的对应面处。
按上述方案，在筒状安装基座的内腔中部安设有透明石英玻璃管，固化轴线位于透明石英玻璃管内腔，所述的透明石英玻璃管轴线与所述的固化轴线相重合（共线）。
按上述方案，所述的透明石英玻璃管的一端与压力气源相连通，所述的气源为惰性气体气源，或惰性气体与二氧化碳的混合气体气源。
按上述方案，所述的UVLED光源模块包括UVLED光源和散热器，所述的UVLED光源包括UVLED单灯和/或UVLED阵列，所述的散热器与半导体制冷器直接相连，且在UVLED光源上设置温度传感器，温度传感器通过温度信号处理模块与半导体制冷器电源控制模块相联接。
按上述方案，所述的半导体制冷器的热端与水冷或风冷装置相连。
按上述方案，所述的UVLED光源与透明石英管之间的空间与所述的压力气源相连通，所述的气源为惰性气体气源，或惰性气体与二氧化碳的混合气体气源，对UVLED光源进冷却。
按上述方案，所述的UVLED光源模块沿筒状安装基座内腔周向间隔安设，在周向间隔处设置有圆弧凹面反射镜，圆弧凹面的曲率中心位于所述的固化轴线上。
按上述方案，所述的筒状安装基座为圆筒状，由条形圆弧块沿周向拼接而成，并由固定端盘或固定环固联，在条形圆弧块的内面嵌入UVLED光源模块，或在部分条形圆弧块的内面安设圆弧凹面反射镜，所述的条形圆弧块为4~8块。
本发明的有益效果在于：1、本发明采用紫外线传感器检测UVLED光源输出的紫外线强度，使光纤拉制速度与紫外线强度形成控制闭环，使得UVLED光源输出与光纤拉制速度实时调整和匹配，从而保证和提高光纤涂层固化质量，高效利用UVLED光源并节约电能；2、采用半导体制冷器直接对UVLED光源进行冷却，由于半导体制冷响应快，温度易于控制，可使UVLED光源的工作温度波动小，始终处于最佳工作温度区间，这样不仅提高了UVLED光源模块的光电效率，节约电能，而且保证了UVLED光源的最长使用寿命；3、本发明同时采用对UVLED光源工作面吹入惰性气体（如氮气）或其它混合气体的方式进行冷却和保护，可增加冷却效果，并保护UVLED光源器件，减弱或消除空气对UVLED及封装的氧化影响，进一步延长UVLED光源模块的使用寿命；4、本发明自动化程度高，使用操作更为方便。
附图说明
图1为本发明一个实施例的正剖视图。
图2为本发明一个实施例的俯视剖视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
包括有圆筒状安装基座，所述的筒状安装基座由6块条形圆弧块16沿周向拼接而成，并由上下固定端盘17固联，在6块条形圆弧块的内面周向间隔嵌入UVLED光源模块，在周向间隔处交错设置有圆弧凹面反射镜9，圆弧凹面反射镜的长度与条形圆弧块相同，圆弧凹面的曲率中心位于所述的固化轴线上。反射镜与UVLED光源模块对应安设，在安设反射镜的条形圆弧块上安设紫外线传感器7，紫外线传感器通过紫外线强度信号处理模块11与UVLED电源控制模块12相联，UVLED电源控制模块与UVLED光源模块连接，使光纤拉制速度与紫外线强度形成控制闭环，根据光纤的拉丝速度用以实时控制和调整每个UVLED光源模块发射紫外光线的强度。所述的UVLED光源模块包括UVLED光源3和散热器4，UVLED光源的UV光源波长为385nm和395nm，所述的散热器与半导体制冷器5冷端直接相连，且在UVLED光源上设置温度传感器10，温度传感器通过温度信号处理模块13与半导体制冷器电源控制模块14相联接，半导体制冷器的热端与水冷或风冷装置8相连。所述的UVLED光源包括UVLED阵列，在UVLED光源模块发光面前配置柱面聚焦透镜2，使得UVLED光源模块发射的紫外光线聚焦于一条固化轴线1上，形成一段光强很高的UV光柱，光柱近似为圆柱体，直径约为3mm。在筒状安装基座的内腔中部安设有透明石英玻璃管6，固化轴线位于透明石英玻璃管内腔，所述的透明石英玻璃管轴线与所述的固化轴线相重合，透明石英玻璃管直径约为25毫米、内径约为21毫米，所述的透明石英玻璃管的一端与压力气源相连通，所述的气源为惰性气体气源。光纤拉制过程中，带涂层的光纤将大致沿着固化轴线通过固化设备内腔，即从UV光柱中通过，涂层涂料吸收UV射线得以固化。同时透明石英玻璃管的一端与压力气源相连通，通入惰性气体气源。此外，在所述的UVLED光源和透明石英管之间的空间也与压力气源相连通，通过通入惰性气体气源15对UVLED光源进冷却，可增加冷却效果，并保护UVLED光源器件，减弱或消除空气对UVLED及封装的氧化影响。
Claims (9)
1.一种光强可调的光纤涂层紫外固化设备，包括有筒状安装基座，在筒状安装基座内腔沿周向和轴向安设UVLED光源模块，在UVLED光源模块发光面前配置柱面聚焦透镜，使得UVLED光源模块发射的紫外光线聚焦于一条固化轴线上，其特征在于筒状安装基座内腔安设紫外线传感器，紫外线传感器通过紫外线强度信号处理模块与UVLED电源控制模块相联，UVLED电源控制模块与UVLED光源模块连接，使光纤拉制速度与紫外线强度形成控制闭环。
2.按权利要求1所述的光强可调的光纤涂层紫外固化设备，其特征在于所述的紫外线传感器安设在UVLED光源模块发射端的对应面处。
3.按权利要求1或2所述的光强可调的光纤涂层紫外固化设备，其特征在于在筒状安装基座的内腔中部安设有透明石英玻璃管，固化轴线位于透明石英玻璃管内腔，所述的透明石英玻璃管轴线与所述的固化轴线相重合。
4.按权利要求3所述的光强可调的光纤涂层紫外固化设备，其特征在于所述的透明石英玻璃管的一端与压力气源相连通，所述的气源为惰性气体气源，或惰性气体与二氧化碳的混合气体气源。
5.按权利要求1或2所述的光强可调的光纤涂层紫外固化设备，其特征在于所述的UVLED光源模块包括UVLED光源和散热器，所述的UVLED光源包括UVLED单灯和/或UVLED阵列，所述的散热器与半导体制冷器直接相连，且在UVLED光源上设置温度传感器，温度传感器通过温度信号处理模块与半导体制冷器电源控制模块相联接。
6.按权利要求5所述的光强可调的光纤涂层紫外固化设备，其特征在于所述的半导体制冷器的热端与水冷或风冷装置相连。
7.按权利要求4所述的光强可调的光纤涂层紫外固化设备，其特征在于所述的UVLED光源与透明石英管之间的空间与所述的压力气源相连通，所述的气源为惰性气体气源，或惰性气体与二氧化碳的混合气体气源，对UVLED光源进冷却。
8.按权利要求1或2所述的光强可调的光纤涂层紫外固化设备，其特征在于所述的UVLED光源模块沿筒状安装基座内腔周向间隔安设，在周向间隔处设置有圆弧凹面反射镜，圆弧凹面的曲率中心位于所述的固化轴线上。
9.按权利要求1或2所述的光强可调的光纤涂层紫外固化设备，其特征在于所述的筒状安装基座为圆筒状，由条形圆弧块沿周向拼接而成，并由固定端盘或固定环固联，在条形圆弧块的内面嵌入UVLED光源模块，或在部分条形圆弧块的内面安设圆弧凹面反射镜，所述的条形圆弧块为4~8块。
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