CN105884212A - 一种节能高寿命紫外光固化炉及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种节能高寿命紫外光固化炉及其控制方法涉及的是一种光纤拉丝过程中的生产设备及其控制方法，具体涉及的是一种提高固化效率及延长固化部件使用寿命的系统，属于光纤生产技术领域。包括固化炉、固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分和固化保护气检测控制部分；固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分由梯形散热罩、风速传感控制器、温度传感器、紫外光强度传感器组成；固化保护气检测控制部分由洁净度检测仪、风速传感控制器、氧含量检测仪、气体阀门组成。固化炉保护气检测控制部分设置有氧含量检测仪，氧含量检测仪测定石英玻璃管内的氧气含量数据反馈至PLC控制器，依据氧含量反馈参数，PLC控制器自动控制气体阀门，调整保护气进气比例。
Description
技术领域
本发明一种节能高寿命紫外光固化炉及其控制方法涉及的是一种光纤拉丝过程中的生产设备及其控制方法，具体涉及的是一种提高固化效率及延长固化部件使用寿命的系统，属于光纤生产技术领域。
背景技术
在光纤生产质量提升及技术升级的过程中，光纤涂覆固化是非常关键的环节之一。光纤涂覆后紫外光固化效率不高，易出现光纤固化不良，将导致光纤机械性能下降、耐疲劳耐环境等性能不良等问题，甚至会影响到后续的光纤着色成缆过程，造成残余应力过大，造成光纤铺设后的传输性能等问题。
为实现高速拉丝情况下的光纤质量稳定性，提高光纤固化系统的反馈预警、自动调整控制能力是有效的解决途径。虽然现有的固化炉专利技术有提到对光纤保护气等的监测控制，但是在长时间连续高速拉丝过程中，光纤位置、涂覆厚度、固化炉内温度、紫外光强度的变化不是一成不变的。现有技术缺少对紫外光辐照强度、炉内温度、发光功率等的监控及协同自动精确控制；固化炉散热效率不高，内部温度的不可控既会影响部件的使用寿命，也会造成固化质量的不稳定。在对固化炉内部结构重新设计，增强自动控制系统及散热效率的基础上，通过光纤固化的实时反馈及同步微调控制，既可保证光纤固化质量的高效稳定性，也可节约能耗、延长固化炉部件的使用寿命。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种节能高寿命紫外光固化炉及其控制方法，实现固化系统紫外光辐照强度、炉内温度、发光功率等的实时微调控制，保证光纤长时间的连续稳定拉丝，同时提高固化紫外光的利用效率、节约能耗、延长使用寿命。
一种节能高寿命紫外光固化炉及其控制方法是采取以下技术方案实现:
一种节能高寿命紫外光固化炉包括固化炉、固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分和固化
炉保护气检测控制部分。
固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分由梯形散热罩、风速传感控制器、温度传感器、紫外光强度传感器组成；固化炉保护气检测控制部分由洁净度检测仪、风速传感控制器、氧含量检测仪、气体阀门组成。
固化炉炉内装有磁控管，石英玻璃管安装在固化炉炉内，在石英玻璃管外侧安装有紫外光灯管，在石英玻璃管与反光辅罩之间安装有温度传感器和紫外光强度传感器，温度传感器和紫外光强度传感器分别安装在固化炉主体金属壁上下侧。
固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分主体结构为梯形散热罩，梯形散热罩尾部与散热回风管连接，梯形散热罩前部金属壁与固化炉主体竖直方向呈一定夹角连接，增强散热气流顺畅性。梯形散热罩有利于散热风流的通畅，另一方面可以减少对杂质的阻碍，降低挥发物对反光罩的污染。
梯形散热罩金属壁中部设置有风速传感控制器，在灯管与反光辅罩之间设置有温度传感器，温度传感器感应的炉内温度数据反馈至PLC控制器。PLC控制器根据反馈参数转换电信号给风速传感控制器自动控制风速大小，调整散热效率控制炉内温度。
在反光辅罩与石英玻璃管之间设置有紫外光强度传感器，紫外光强度传感器感应由反光辅罩反射的紫外光强度大小，并将紫外光强度数据传输至PLC控制器。
紫外光强度传感器即可感应紫外光辐照强度，依据光纤固化度的参数信息通过PLC控制器控制磁控管实时精确微调发光功率大小；通过紫外光强度前后传感器的参数比例变化，可实时监控反光辅罩的表面状态。紫外光强度传感器采用市售EIT
UVICURE PLUS 型能量计。
上述固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分和固化炉保护气检测控制部分均通过PLC控制器协同控制光纤固化质量的稳定性。
固化炉保护气检测控制部分设置有氧含量检测仪，氧含量检测仪测定石英玻璃管内的氧气含量数据反馈至PLC控制器。依据氧含量反馈参数，PLC控制器自动控制气体阀门，调整保护气进气比例。
洁净度检测仪检测抽风口处气体洁净度数据，将信息反馈至PLC控制器，根据洁净度数据，由抽烟风速传感控制器控制调整抽风量大小。
固化炉气体的辅助装置包括固化炉上下密封件，保证石英玻璃管内的密封。气体阀门安装在上下密封件的一侧，在密封件的外侧面位置；氧含量检测仪在下密封件内侧，密封金属件与石英玻璃管连接处安装有氧含量检测仪；在下密封件外侧，由密封件至抽风管道的连接处依次安装有洁净度检测仪、风速传感控制器，洁净度检测仪、风速传感控制器在气体阀门的对侧。
上述氧含量检测仪、气体阀门、洁净度检测仪、风速传感控制器均与PLC控制器连接，并协同控制英玻璃管内的氧含量与洁净度。
一种节能高寿命紫外光固化炉的控制方法如下：
该节能高寿命紫外光固化炉的控制方法是通过固化炉炉内的温度传感器感应实际温度高低，温度传感器把采集的温度信号反馈给PLC控制器，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器依据设置的温度范围参数作出对比判断，返回控制信号至梯形散热罩内的风速传感控制器，控制辅助送风机风量大小，调整风速大小。若实际温度大于设定温度范围，则控制器调大散热风速加快散热速度降低温度。梯形散热罩的设计更有利于对反光辅罩的保护，延长使用寿命。位于反光辅罩之前的紫外光强度传感器，一方面可以依据紫外光强度传感器感应实时紫外光强度，光强度信号反馈给PLC控制器，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器依据设置的紫外光强度范围参数作对比判断，返回控制信号至磁控管，无级调整控制紫外光功率大小。通过前后紫外光强度感应器对比直接照射的紫外光强度和经过反光辅罩后的紫外光强度，依次来判断反光辅罩的状态，若前后光强度比例大于设定值，则报警提醒维护。紫外光功率的实时无级调节能高效的利用发光功率，节约能耗。
固化炉内保护气的控制调节方法同样是利用氧含量检测仪实时测定石英玻璃管内的氧含量数据，把信号参数反馈给PLC控制器，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器依据设置的温度范围参数作对比判断，返回控制参数调整保护气进气比例。同时洁净度检测器对抽烟管口的洁净度作检测，信号参数同样反馈给PLC控制器，PLC控制器依据设置的洁净度范围调整抽烟量大小。若石英玻璃管内氧含量超过设定值，则增加固化保护气非氧气比例。同时维持管内的洁净度平衡。
本发明一种节能高寿命紫外光固化炉及其控制方法的有益效果：
1、可实现发光功率的实时微调，提高紫外光的利用效率，节约能耗；
2、同步微调发光功率，可延长紫外灯管的使用时间；
3、实时控制炉内温度，且梯形散热罩的结构设计可提高散热效率，热量及杂质排出顺畅可降低反光辅罩内侧壁的污染，延长反光辅罩的使用时间；
4、紫外光强度前后传感器设置可根据前后紫外光强度比例变化可监控反光辅罩状态，减少维护时间。
5、紫外光功率与石英管内保护气含量的自动协同控制，可保证高速拉丝条件下光纤固化质量的连续稳定性。
6、石英管内洁净度与光纤周围稳定的控制有利于提高光纤疲劳等性能。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
附图1是发明节能高寿命紫外光固化炉的结构示意图。
图中：1、固化炉，2、磁控管，3、紫外光灯管，4、梯形散热罩，5、风速传感控制器，6、温度传感器，7、紫外光强度传感器，8、反光辅罩，9、上下密封件，10、PLC控制器，11、散热回风管，12、抽烟风速传感控制器，13、氧含量检测仪，14、洁净度检测仪，15、气体阀门，16、石英玻璃管。
具体实施方式
参照附图1，一种节能高寿命紫外光固化炉包括固化炉1、固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分和固化炉保护气检测控制部分。
固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分由梯形散热罩4、风速传感控制器5、温度传感器6、紫外光强度传感器7组成；固化保护气检测控制部分由洁净度检测仪14、风速传感控制器5、氧含量检测仪13、气体阀门15组成。
固化炉1炉内装有磁控管2，石英玻璃管16安装在固化炉炉内，在石英玻璃管16外侧安装有紫外光灯管3，在石英玻璃管16与反光辅罩8之间安装有温度传感器6和紫外光强度传感器7，温度传感器6和紫外光强度传感器7分别安装在固化炉1主体金属壁上下侧。
固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分主体结构为梯形散热罩4，梯形散热罩尾部与散热回风管11连接，梯形散热罩4前部金属壁与固化炉1主体竖直方向呈一定夹角连接，增强散热气流顺畅性。梯形散热罩4有利于散热风流的通畅，另一方面可以减少对杂质的阻碍，降低挥发物对反光罩的污染。
梯形散热罩金属壁中部设置有风速传感控制器5，在紫外光灯管3与反光辅罩8之间设置有温度传感器6，温度传感器6感应的炉内温度数据反馈至PLC控制器10。PLC控制器10根据反馈参数转换电信号给风速传感控制器5自动控制风速大小，调整散热效率控制炉内温度。
在反光辅罩8与石英玻璃管16之间设置有紫外光强度传感器7，紫外光强度传感器7由前感应器和后感应器构成，前感应器感应由灯管辐照的紫外光强度大小，后感应器感应由反光辅罩反射的紫外光强度大小，并将紫外光强度数据传输至PLC控制器10。
紫外光强度传感器7即可感应紫外光辐照强度，依据光纤固化度的参数信息通过PLC控制器10控制磁控管实时精确微调发光功率大小；通过紫外光强度前后传感器的参数比例变化，可实时监控反光辅罩的表面状态。紫外光强度传感器7采用市售EIT UVICURE PLUS 型能量计。
上述固化炉1内部温度及辐照强度自动控制部分和固化炉保护气检测控制部分均通过PLC控制器10协同控制光纤固化质量的稳定性。
固化炉保护气检测控制部分设置有氧含量检测仪13，氧含量检测仪13测定石英玻璃管16内的氧气含量数据反馈至PLC控制器10。依据氧含量反馈参数，PLC控制器10自动控制气体阀门，调整保护气进气比例。
洁净度检测仪14检测抽风口处气体洁净度数据，将信息反馈至PLC控制器10，根据洁净度数据，由抽烟风速传感控制器12控制调整抽风量大小。
固化炉气体的辅助装置包括固化炉上下密封件9，保证石英玻璃管16内的密封。气体阀门15安装在上下密封件9的一侧，在密封件的外侧面位置；氧含量检测仪13在下密封件9内侧，密封金属件与石英玻璃管16连接处安装有氧含量检测仪13；在下密封件外侧，由密封件至抽风管道的连接处依次安装有洁净度检测仪14、风速传感控制器5，洁净度检测仪14、风速传感控制器5在气体阀门15的对侧。
上述氧含量检测仪13、气体阀门15、洁净度检测仪14、风速传感控制器5均与PLC控制器10连接，并协同控制石英玻璃管16内的氧含量与洁净度。
上述氧含量检测仪13、洁净度检测仪14、风速传感控制器5、温度传感器6，抽烟风速传感控制器12均采用市售产品。
一种节能高寿命紫外光固化炉的控制方法如下：
该节能高寿命紫外光固化炉的控制方法是通过固化炉1炉内的温度传感器6感应实际温度高低，温度传感器6把采集的温度信号反馈给PLC控制器10，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器10依据设置的温度范围参数作出对比判断，返回控制信号至梯形散热罩4内的风速传感控制器5，控制辅助送风机风量大小，调整风速大小。若实际温度大于设定温度范围，则控制器调大散热风速加快散热速度降低温度。梯形散热罩4的设计更有利于对反光辅罩8的保护，延长使用寿命。位于反光辅罩8之前的紫外光强度传感器7，一方面可以依据紫外光强度传感器7感应实时紫外光强度，光强度信号反馈给PLC控制器10，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器10依据设置的紫外光强度范围参数作对比判断，返回控制信号至磁控管2，无级调整控制紫外光功率大小。通过前后紫外光强度感应器对比直接照射的紫外光强度和经过反光辅罩8后的紫外光强度，依次来判断反光辅罩的状态，若前后光强度比例大于设定值，则报警提醒维护。紫外光功率的实时无级调节能高效的利用发光功率，节约能耗。
固化炉内保护气的控制调节方法同样是利用氧含量检测仪13实时测定石英玻璃管16内的氧含量数据，把信号参数反馈给PLC控制器10，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器10依据设置的温度范围参数作对比判断，返回控制参数调整保护气进气比例。同时洁净度检测器14对抽烟管口的洁净度作检测，信号参数同样反馈给PLC控制器，PLC控制器10依据设置的洁净度范围调整抽烟量大小。若石英玻璃管16内氧含量超过设定值，则增加固化保护气非氧气比例。同时维持管内的洁净度平衡。
实施例：
如附图1，该固化炉采用两台固化炉1上、下组合方式，炉内温度控制部分主体结构设计为梯形散热罩4，梯形散热罩4尾部与散热回风管11连接，梯形散热罩4前部与固化炉1主体连接，梯形散热罩前部金属壁与固化炉主体竖直方向呈45-60°夹角，增强散热气流顺畅性，降低反光辅罩受污染程度。
梯形散热罩4壁中部设置有风速传感控制器5，风速传感控制器5将风速流动数据反馈至固化炉PLC控制器10。
在灯管3与反光辅罩8之间设置有温度传感器6，温度传感器6与反光辅罩8之间距离为10-20mm，温度传感器6感应的炉内温度数据反馈至PLC控制器10。
在反光辅罩8内测设置有紫外光强度传感器7，紫外光强度传感器7由前紫外光强度传感器和后紫外光强度传感器构成，前紫外光强度传感器感应由灯管3辐照的紫外光强度大小，后紫外光强度传感器感应由反光辅罩反射的紫外光强度大小，并将紫外光强度数据传输至PLC控制器10。
如上所述，风速传感控制器5、温度传感器6、紫外光强度传感器7均与PLC控制器10连接。温度传感器6检测到的温度数据反馈至PLC控制器10，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器10依据设置的温度范围参数作出对比判断，返回控制信号至散热罩内的风速传感控制器5，调整控制风速大小。紫外光强度传感器7即可感应紫外光辐照强度，依据光纤固化度的参数信息通过PLC控制器10控制磁控管2实时微调发光功率大小；通过紫外光强度前后传感器的参数比例变化，可实时监控反光辅罩的表面状态，根据设置参数给予维护报警。
所述的固化炉保护气检测控制系统设置氧含量检测仪14，氧含量检测仪14测定石英玻璃管16内的氧气含量数据反馈至PLC控制器10。依据氧含量反馈参数，PLC控制器10自动控制气体流量计阀门15，调整保护气进气比例。
洁净度检测仪13检测抽风口处气体洁净度数据，将信息反馈至PLC控制器10，根据洁净度数据，由风速传感控制器12控制调整抽风量大小，控制石英玻璃管16内涂料固化副产物等的含量水平，保持光纤周围的洁净。
上述固化炉内部温度及辐照强度自动控制系统和固化炉保护气检测控制系统均通过PLC控制器10协同控制光纤固化质量的稳定性。固化炉气体的辅助装置包括固化炉上下密封件9，保证石英玻璃管内的密封。
以上所述仅为本发明的较佳实施案例，通过以上结构设计及检测控制系统，可是有效控制固化炉内部温度，增强散热效率，提高紫外光利用效率，节约能耗，延长固化部件使用寿命。
Claims (5)
1.一种节能高寿命紫外光固化炉，其特征在于：包括固化炉、固化炉内部温度
及辐射强度自动控制部分和固化炉保护气检测控制部分；
固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分由梯形散热罩、风速传感控制器、温度传感器、紫外光强度传感器组成；固化炉保护气检测控制部分由洁净度检测仪、风速传感控制器、氧含量检测仪、气体阀门组成；
固化炉炉内装有磁控管，石英玻璃管安装在固化炉炉内，在石英玻璃管外侧安装有紫外光灯管，在石英玻璃管与反光辅罩之间安装有温度传感器和紫外光强度传感器，温度传感器和紫外光强度传感器分别安装在固化炉主体金属壁上下侧；
固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分主体结构为梯形散热罩，梯形散热罩尾部与散热回风管连接，梯形散热罩前部金属壁与固化炉主体竖直方向呈一定夹角连接，增强散热气流顺畅性；
梯形散热罩金属壁中部设置有风速传感控制器，在灯管与反光辅罩之间设置有温度传感器，温度传感器感应的炉内温度数据反馈至PLC控制器，PLC控制器根据反馈参数转换电信号给风速传感控制器自动控制风速大小，调整散热效率控制炉内温度；
在反光辅罩与石英玻璃管之间设置有紫外光强度传感器，紫外光强度传感器感应由反光辅罩反射的紫外光强度大小，并将紫外光强度数据传输至PLC控制器；
紫外光强度传感器即可感应紫外光辐照强度，依据光纤固化度的参数信息通过PLC控制器控制磁控管实时精确微调发光功率大小；通过紫外光强度前后传感器的参数比例变化，可实时监控反光辅罩的表面状态；
固化炉内部温度及辐照强度自动控制部分和固化炉保护气检测控制部分均通过PLC控制器协同控制光纤固化质量的稳定性；
固化炉保护气检测控制部分设置有氧含量检测仪，氧含量检测仪测定石英玻璃管内的氧气含量数据反馈至PLC控制器，依据氧含量反馈参数，PLC控制器自动控制气体阀门，调整保护气进气比例；
洁净度检测仪检测抽风口处气体洁净度数据，将信息反馈至PLC控制器，根据洁净度数据，由抽烟风速传感控制器控制调整抽风量大小；
固化炉气体的辅助装置包括固化炉上下密封件，保证石英玻璃管内的密封；气体阀门安装在上下密封件的一侧，在密封件的外侧面位置；氧含量检测仪在下密封件内侧，密封金属件与石英玻璃管连接处安装有氧含量检测仪；在下密封件外侧，由密封件至抽风管道的连接处依次安装有洁净度检测仪、风速传感控制器，洁净度检测仪、风速传感控制器在气体阀门的对侧；
氧含量检测仪、气体阀门、洁净度检测仪、风速传感控制器均与PLC控制器连接，并协同控制英玻璃管内的氧含量与洁净度。
2. 根据权利要求1所述的一种节能高寿命紫外光固化炉，其特征在于：
紫外光强度传感器由前感应器和后感应器构成，前感应器感应由灯管辐照的紫外光强度大小，后感应器感应由反光辅罩反射的紫外光强度大小，并将紫外光强度数据传输至PLC控制器。
3. 根据权利要求1所述的一种节能高寿命紫外光固化炉，其特征在于：
梯形散热罩前部金属壁与固化炉主体竖直方向呈45-60°夹角。
4.根据权利要求1所述的一种节能高寿命紫外光固化炉，其特征在于：
温度传感器与反光辅罩之间距离为10-20mm，温度传感器感应的炉内温度数据反馈至PLC控制器。
5.一种节能高寿命紫外光固化炉的控制方法，其特征在于：
通过固化炉炉内的温度传感器感应实际温度高低，温度传感器把采集的温度信号反馈给PLC控制器，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器依据设置的温度范围参数作出对比判断，返回控制信号至梯形散热罩内的风速传感控制器，控制辅助送风机风量大小，调整风速大小，若实际温度大于设定温度范围，则控制器调大散热风速加快散热速度降低温度；梯形散热罩的设计更有利于对反光辅罩的保护，延长使用寿命；位于反光辅罩之前的紫外光强度传感器，一方面可以依据紫外光强度传感器感应实时紫外光强度，光强度信号反馈给PLC控制器，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器依据设置的紫外光强度范围参数作对比判断，返回控制信号至磁控管，无级调整控制紫外光功率大小，通过前后紫外光强度感应器对比直接照射的紫外光强度和经过反光辅罩后的紫外光强度，依次来判断反光辅罩的状态，若前后光强度比例大于设定值，则报警提醒维护，紫外光功率的实时无级调节能高效的利用发光功率，节约能耗；
固化炉内保护气的控制调节方法是利用氧含量检测仪实时测定石英玻璃管内的氧含量数据，把信号参数反馈给PLC控制器，通过每秒采集的若干个点的数据，取均值，PLC控制器依据设置的温度范围参数作对比判断，返回控制参数调整保护气进气比例；同时洁净度检测器对抽烟管口的洁净度作检测，信号参数同样反馈给PLC控制器，PLC控制器依据设置的洁净度范围调整抽烟量大小；若石英玻璃管内氧含量超过设定值，则增加固化保护气非氧气比例，同时维持管内的洁净度平衡。
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