CN108483896A - 一种光纤拉锥装置以及光纤拉锥控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤拉锥装置，该装置包括：具有喷嘴的喷射机构；设置在喷射机构的喷嘴上方的导热盖板；用于感测导热盖板温度的测温器；与测温器连接的，用于控制喷射机构喷射出的气体流量大小的控制器；在导热盖板和喷嘴之间，设置有可供待拉锥光纤穿过的空间；本发明进一步公开了一种光纤拉锥控制方法。本发明通过对光纤拉锥加热温度的反馈调节，有利于精准控制光纤加热温度，实现了对光纤拉锥过程的控制，提高了生产效率和生产成品率。
Description
技术领域
本发明涉及光纤拉锥技术领域，具体是涉及一种光纤拉锥装置以及光纤拉锥控制方法。
背景技术
光纤拉锥器是生产拉锥光纤的重要设备，原来的光纤拉锥器是通过氢氧焰对待拉锥光纤直接加热，工作人员凭经验判断是否达到光纤拉锥所需温度，进而实现对待拉锥光纤进行拉伸，这种光纤拉锥工艺的光纤拉锥效率低下、光纤拉锥成品率低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种光纤拉锥装置以及光纤拉锥控制方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明第一方面提供了一种光纤拉锥装置，该光纤拉锥装置包括：具有喷嘴的喷射机构；设置在喷射机构的喷嘴上方的导热盖板，在导热盖板和喷嘴之间，设置有可供待拉锥光纤穿过的空间；用于感测导热盖板温度的测温器，测温器设置在导热盖板附近；与测温器连接的，用于控制喷射机构喷射出的气体流量大小的控制器；在对待拉锥光纤进行拉锥时，测温器感测导热盖板的温度，并将测得的温度传输至控制器，控制器根据接收到的导热盖板的温度调节喷射机构喷射出的气体的流量大小。
优选地，控制器根据接收到的导热盖板的温度调节喷射机构喷射出的气体的流量大小，包括：控制器对接收到的温度和预设定的光纤拉锥温度值进行比较，并根据比较结果调节喷射机构喷射出的气体的流量大小；比较结果为接收到的温度大于光纤拉锥温度值，控制器通过控制喷射机构来减小气体的流量，或者，比较结果为接收到的温度小于光纤拉锥温度值，控制器通过控制喷射机构来增大气体的流量。
优选地，控制器根据接收到的导热盖板的温度调节喷射机构喷射出的气体的流量大小，包括：根据接收到的第N时刻和第N-1时刻的导热盖板的温度，利用PID算法实时调节喷射机构喷射出的气体的流量大小，PID算法公式为：
L＝T(N)×p-T(N-1)×i+T(N)+T(N-1)]×d
其中，L是喷射机构喷射出的气体的流量值，T(N)是第N时刻的导热盖板的温度，T(N-1)是第N-1时刻的导热盖板的温度，参数p是PID算法的比例系数，参数i是PID算法的积分系数，参数d是PID算法的微分系数。
优选地，光纤拉锥装置还包括两个光纤固定台，两个光纤固定台沿待拉锥光纤的延伸方向分别设置在喷嘴的两端，通过两个光纤固定台将待拉锥光纤的两端固定；
优选地，光纤拉锥装置还包括将导热盖板支撑在喷嘴上方的支撑部件，支撑部件包括用于支撑导热盖板的第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件和第二支撑件沿垂直于待拉锥光纤的延伸方向分别设置在喷嘴的两端；第一支撑件的上端部与导热盖板的一侧活动连接，导热盖板通过第一支撑件进行翻转，实现导热盖板的掀起和盖下。
优选地，喷射机构喷射出的气体是氢氧气体。
优选地，测温器设置在导热盖板的上方。
优选地，测温器和控制器之间是有线连接或无线连接。
有益效果：本发明提供了一种光纤拉锥装置，通过在喷嘴和待拉锥光纤的上方设置一个导热盖板，这使得在导热盖板下方(包括待拉锥光纤的拉伸位置)形成了一个温度区域，该区域内温度分布均匀，使得待拉锥光纤在此区域内受热均匀。
导热盖板是热的良导体，因此导热盖板的温度反映的是光纤加热的温度，该温度经测温器测得，克服了现有技术中工作人员凭经验调整光纤拉锥温度的缺点。
控制器采用PID算法对测得的温度和拉锥光纤温度值进行比较，进而根据比较结果，调整氢氧气体流量的大小，实现对光纤拉锥加热温度的反馈调节，有利于精准控制光纤加热温度，同时也实现了对光纤拉锥过程的控制，提高了生产效率和生产成品率。
本发明第二方面提供了一种光纤拉锥控制方法，该光纤拉锥控制方法包括：将导热盖板放置在喷射机构的喷嘴上方；将测温器放置在能够感测到导热盖板温度的位置；测温器感测导热盖板的温度，并将感测到的温度传输至控制器；控制器根据接收到的导热盖板的温度调节喷射机构喷射出的气体的流量大小。
优选地，控制器根据接收到的导热盖板的温度调节喷射机构喷射出的气体的流量大小，包括：控制器对接收到的温度和预设定的光纤拉锥温度值进行比较，并根据比较结果调节喷射机构喷射出的气体的流量大小；比较结果为接收到的温度大于光纤拉锥温度值，控制器通过控制喷射机构来减小气体的流量，或者，比较结果为接收到的温度小于光纤拉锥温度值，控制器通过控制喷射机构来增大气体的流量。
优选地，控制器根据接收到的导热盖板的温度调节喷射机构喷射出的气体的流量大小，包括：控制器根据接收到的第N时刻和第N-1时刻的导热盖板的温度，利用PID算法实时调节喷射机构喷射出的气体的流量大小，其中，PID算法公式为：
L＝T(N)×p-T(N-1)×i+T(N)+T(N-1)]×d
上式中，L是喷射机构喷射出的气体的流量值，T(N)是N时刻测得的导热盖板的温度，T(N-1)是N-1时刻测得的导热盖板的温度，参数p是PID算法的比例系数，参数i是PID算法的积分系数，参数d是PID算法的微分系数。
优选地，该光纤拉锥控制方法还包括确定PID控制算法中的参数p、i、d的数值，其包括：获取一段时间内多个时间点所对应的导热盖板的温度；分别计算各个时间点所对应的导热盖板的温度与光纤拉锥温度值的温度差以及温度差的变化率；根据计算得到的温度差以及温度差的变化率，确定PID控制算法中的参数p、i、d的数值。
有益效果：本发明还提供了一种光纤拉锥控制方法，通过在喷嘴和待拉锥光纤的上方设置一个导热盖板，这使得在导热盖板下方(包括待拉锥光纤的拉伸位置)形成了一个温度区域，该区域内温度分布均匀，使得待拉锥光纤在此区域内受热均匀。
导热盖板是热的良导体，因此导热盖板的温度反映的是光纤加热的温度，该温度经测温器测得，克服了现有技术中工作人员凭经验调整光纤拉锥温度的缺点。
采用PID算法对测得的温度和拉锥光纤温度值进行比较，进而根据比较结果，调整喷射出的气体流量的大小，实现对光纤拉锥加热温度的反馈调节，有利于精准控制光纤加热温度，同时也实现了对光纤拉锥过程的控制，提高了生产效率和生产成品率。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例光纤拉锥装置中导热盖板盖合状态下的结构示意图；
图2是本发明实施例光纤拉锥装置中导热盖板掀起状态下的结构示意图；
图3是本发明实施例光纤拉锥控制方法的工作流程图。
附图标记：红外温度测温仪1；控制器2；喷射机构3；喷嘴4；导热盖板5；第一侧壁51；第二侧壁52；上盖板53；第一支撑件6；第二支撑件7；光纤固定台8。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，一种光纤拉锥装置，该光纤拉锥装置包括：
具有喷嘴4的喷射机构3(图中未示出)；设置在喷射机构3的喷嘴4上方的导热盖板5，在导热盖板5和喷嘴4之间，设置有可供待拉锥光纤穿过的空间；用于感测导热盖板5温度的测温器；与测温器连接的，用于控制喷射机构3喷射出的气体流量大小的控制器2。
在对待拉锥光纤进行拉锥时，测温器感测导热盖板5的温度，并将测得的温度传输给控制器2，控制器2根据接收到的导热盖板5的温度调节喷射机构3喷射出的气体的流量大小。
在一种可选的实施方式中，喷射机构3是氢氧焰喷射机构，其喷射出氢氧气体。在其他可选的实施方式中，喷射机构3可以喷射出诸如C3H8(丙烷)和高纯氧的混合气体。
可选地，在图1和图2示出的一个实施例中，测温器是红外温度测温仪1，在其他可选的实施方式中，测温器还可以是温度传感器。
在一种实施方式中，红外温度测温仪1放置在导热盖板5的正上方，在其他可选的实施方式中，红外温度测温仪1可以设置在能够感测到导热盖板5的温度的附近。
可选地，红外温度测温仪1与导热盖板5的间距取值范围是300mm-500mm，在本实施例中，红外温度测温仪1与导热盖板的间距是400mm。
可选地，导热盖板5和待拉锥光纤的间距取值范围是5mm-10mm，在本实施例中，导热盖板5和待拉锥光纤的间距是8mm。
优选地，红外温度测温仪1和控制器2之间是无线连接。在其他实施例中，红外温度测温仪1和控制器2之间可以是有线连接。
优选地，在该光纤拉锥装置中，喷嘴4通过氢氧气体输送管道(图中未示出)与喷射机构3连接。
优选地，该光纤拉锥装置还包括两个光纤固定台，两个光纤固定台沿待拉锥光纤的延伸方向分别设置在喷嘴的两端，通过两个光纤固定台将待拉锥光纤的两端固定。
优选地，该光纤拉锥装置还包括将导热盖板5支撑在喷嘴4上方的支撑部件，在图1和图2示出的一个实施例中，支撑部件包括用于支撑导热盖板5的第一支撑件6和第二支撑件7，第一支撑件6和第二支撑件7沿垂直于待拉锥光纤的延伸方向分别设置在喷嘴4的两端。第一支撑件6的上端部与导热盖板5的一侧活动连接，导热盖板5通过第一支撑件6进行翻转，实现导热盖板5的掀起和盖下。在其他实施方式中，导热盖板5可以是被悬挂在喷嘴4的上方。
优选地，在图1和图2示出了一个实施例中，导热盖板5包括第一侧壁51、第二侧壁52和上盖板53。第一侧壁51和第一支撑件6铰接，第二侧壁52的外表面有一凸起，第二支撑件7上设置一个与第二侧壁53上的凸起位置相对应的缺口，当导热盖板5盖合时，第二支撑件7的缺口嵌合在第二侧壁52的凸起上。
优选地，上盖板53的尺寸是30mm×30mm的正方形，在其他可选的实施方式中，导热盖板5可以是一个多边形或者圆形。
优选地，在对待拉锥光纤进行加热时，将导热盖板5扣合在待拉锥光纤上。
优选地，导热盖板5是热的良导体，诸如铜、合金钢。
在一个实施例中，控制器2根据导热盖板5的温度调节喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量大小，包括：对接收到的温度和预设定的光纤拉锥温度值进行比较，如果比较结果为接收到的导热盖板5的温度大于光纤拉锥温度值，控制器2通过控制喷射机构3来减小氢氧气体的流量；或者，如果比较结果为接收到的温度小于预设定的光纤拉锥温度值，控制器2通过控制喷射机构3来增大氢氧气体的流量。在本发明一个实施例中，最佳光纤拉锥温度值为1100度。
在另一个实施例中，控制器2根据接收到的温度实时调节喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量大小，包括：根据接收到的第N时刻和第N-1时刻的导热盖板5的温度，利用PID算法实时调节喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量大小，PID算法公式为：
L＝T(N)×p-T(N-1)×i+T(N)+T(N-1)]×d
上式中，L是喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量值，T(N)是第N时刻的导热盖板5的温度，T(N-1)是第N-1时刻的导热盖板5的温度，参数p是PID算法的比例系数，参数i是PID算法的积分系数，参数d是PID算法的微分系数。
上述实施方式中，控制器2基于当前时刻和当前时刻的前一时刻的导热盖板5的温度通过PID算法能够精确计算出光纤锥过程中当前时刻适宜的氢氧气体的流量。
有益效果：通过在喷嘴4和待拉锥光纤的上方设置一个导热盖板5，这使得在导热盖板5下方(包括待拉锥光纤的拉伸位置)形成了一个温度区域，该区域内温度分布均匀，使得待拉锥光纤在此区域内受热均匀。
导热盖板5是热的良导体，因此导热盖板5的温度反映的是光纤加热的温度，该温度经红外温度测温仪1测得，克服了现有技术中工作人员凭经验调整光纤拉锥温度的缺点。
利用控制器2对测得的温度和拉锥光纤温度值进行比较，进而根据比较结果，调整氢氧气体流量的大小，实现对光纤拉锥加热温度的反馈调节，有利于精准控制光纤加热温度，同时也实现了对光纤拉锥过程的控制，提高了生产效率和生产成品率。
本发明基于上述的光纤拉锥装置，图3示出了一种光纤拉锥控制方法，该光纤拉锥控制方法包括：将导热盖板5放置在喷射机构3的喷嘴的上方；将红外温度测温仪1放置在能够感测到导热盖板5温度的位置；红外温度测温仪1感测导热盖板5的温度，并将感测到的温度传输至控制器2。在一个实施例中，控制器2对接收到的温度和光纤拉锥温度值进行比较，并根据比较结果调节喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量。
在一种实施方式中，控制器2对接收到的导热盖板5的温度和预设定的光纤拉锥温度值进行比较，并根据比较结果调节喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量大小，包括：如果比较结果为导热盖板5的温度大于光纤拉锥温度值，控制器2通过控制喷射机构3来减小氢氧气体的流量；如果比较结果为导热盖板5的温度小于光纤拉锥温度值，控制器2通过控制喷射机构3来增大氢氧气体的流量。
有益效果：通过将接收到的导热盖板5的温度与光纤拉锥温度值进行比较，由于红外温度测温仪1测得的温度反映的是光纤拉锥温度，因此，可以根据控制器2的比较结果对喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量进行调节，克服了现有技术中工作人员凭经验调整光纤拉锥温度的缺点。在本发明实施例中，氢氧焰火苗的大小通过控制器2控制两种气体流量来实现。控制器2通过控制喷射机构3的流量阀门的开度来实现对气体流量大小的控制，其中，流量阀门设置于喷射机构3的诸如氢氧气体等可燃烧混合气体的管道处。
在一种实施方式中，控制器2对接收到的导热盖板5的温度和光纤拉锥温度值进行比较，并根据比较结果调节喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量大小，包括：控制器2根据接收到的第N时刻和第N-1时刻的导热盖板5的温度，利用PID算法实时调节喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量大小，其中，PID算法公式为：
L＝T(N)×p-T(N-1)×i+T(N)+T(N-1)]×d
上式中，L是喷射机构3喷射出的氢氧气体的流量值，T(N)是N时刻测得的导热盖板5的温度，T(N-1)是N-1时刻测得的导热盖板5的温度，参数p是PID算法的比例系数，参数i是PID算法的积分系数，参数d是PID算法的微分系数。
在一个实施方式中，该光纤拉锥控制方法还包括确定PID控制算法中的参数p、i、d的数值，其包括：获取一段时间内多个时间点所对应的导热盖板的温度，分别计算各个时间点所对应的导热盖板的温度与预设定的光纤拉锥温度值的温度差以及温度差的变化率；根据计算得到的温度差以及温度差的变化率，确定PID控制算法中的参数p、i、d的数值。在另一个实施方式中，参数p、i、d是预先设定的经验参数值。
有益效果：通过在喷嘴4和待拉锥光纤的上方设置一个导热盖板5，这使得在导热盖板5下方(包括待拉锥光纤的拉伸位置)形成了一个温度区域，该区域内温度分布均匀，使得待拉锥光纤在此区域内受热均匀。
进一步地，利用控制器2对测得的温度和拉锥光纤温度值进行分析，进而对氢氧气体流量大小进行调节，可以较好地实现光纤拉锥过程中的温度稳定，提高光纤拉锥质量。
更优选地，根据温度和氢氧气体流量的关系式并利用PID算法计算出喷射出的氢氧气体流量值，进而对氢氧气体流量大小进行调节，相对于仅根据比较结果的大小对氢氧气体流量大小进行粗略调节的方法而言，该调节氢氧气体流量的方法更加智能化，更能稳定控制喷射出的氢氧气体的流量大小，相对于直接通过温度差来粗略调节氢氧气体流量的大小而言，光纤拉锥的成品率从75％提高到了95％，光纤拉锥效率提高了50％。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种光纤拉锥装置，其特征在于，包括：
具有喷嘴的喷射机构；
设置在所述喷射机构的喷嘴上方的导热盖板，在所述导热盖板和所述喷嘴之间，设置有可供待拉锥光纤穿过的空间；
用于感测所述导热盖板温度的测温器，所述测温器设置在所述导热盖板附近；
与所述测温器连接的，用于控制所述喷射机构喷射出的气体流量大小的控制器；
在对待拉锥光纤进行拉锥时，所述测温器感测所述导热盖板的温度，并将测得的温度传输至所述控制器，所述控制器根据接收到的所述导热盖板的温度调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小。
2.根据权利要求1所述的光纤拉锥装置，其特征在于，所述控制器根据接收到的所述导热盖板的温度调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小，包括：
所述控制器对接收到的温度和预设定的光纤拉锥温度值进行比较，并根据比较结果调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小；
所述比较结果为所述接收到的温度大于所述光纤拉锥温度值，所述控制器通过控制所述喷射机构来减小气体的流量，或者，所述比较结果为所述接收到的温度小于所述光纤拉锥温度值，所述控制器通过控制所述喷射机构来增大气体的流量。
3.根据权利要求1所述的光纤拉锥装置，其特征在于，所述控制器根据接收到的所述导热盖板的温度调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小，包括：
根据接收到的第N时刻和第N-1时刻的所述导热盖板的温度，利用PID算法实时调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小，PID算法公式为：
L＝T(N)×p-T(N-1)×i+[T(N)+T(N-1)]×d
其中，L是所述喷射机构喷射出的气体的流量值，T(N)是所述第N时刻的所述导热盖板的温度，T(N-1)是所述第N-1时刻的所述导热盖板的温度，参数p是PID算法的比例系数，参数i是PID算法的积分系数，参数d是PID算法的微分系数。
4.根据权利要求1所述的光纤拉锥装置，其特征在于，所述光纤拉锥装置还包括两个光纤固定台，两个所述光纤固定台沿待拉锥光纤的延伸方向分别设置在所述喷嘴的两端，通过两个所述光纤固定台将所述待拉锥光纤的两端固定。
5.根据权利要求1所述的光纤拉锥装置，其特征在于，所述光纤拉锥装置还包括将所述导热盖板支撑在所述喷嘴上方的支撑部件，所述支撑部件包括用于支撑所述导热盖板的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件沿垂直于所述待拉锥光纤的延伸方向分别设置在所述喷嘴的两端；
所述第一支撑件的上端部与所述导热盖板的一侧活动连接，所述导热盖板通过所述第一支撑件进行翻转，实现导热盖板的掀起和盖下。
6.根据权利要求1所述的光纤拉锥装置，其特征在于，所述测温器设置在所述导热盖板的上方；所述测温器和所述控制器之间是有线连接或无线连接；所述喷射机构喷射出的气体是氢氧气体。
7.一种光纤拉锥控制方法，其特征在于，包括：将测温器放置在能够感测到导热盖板温度的位置，其中所述导热盖板放置在喷射机构的喷嘴上方；
通过所述测温器感测所述导热盖板的温度，并将感测到的导热盖板的温度传输至控制器；
所述控制器根据接收到的所述导热盖板的温度调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小。
8.根据权利要求7所述的光纤拉锥控制方法，其特征在于，所述控制器根据接收到的所述导热盖板的温度调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小，包括：
所述控制器对接收到的温度和预设定的光纤拉锥温度值进行比较，并根据比较结果调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小；
所述比较结果为所述接收到的温度大于所述光纤拉锥温度值，所述控制器通过控制所述喷射机构来减小气体的流量，或者，所述比较结果为所述接收到的温度小于所述光纤拉锥温度值，所述控制器通过控制所述喷射机构来增大气体的流量。
9.根据权利要求7所述的光纤拉锥控制方法，其特征在于，所述控制器根据接收到的所述导热盖板的温度调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小，包括：
所述控制器根据接收到的第N时刻和第N-1时刻的所述导热盖板的温度，利用PID算法实时调节所述喷射机构喷射出的气体的流量大小，其中，PID算法公式为：
L＝T(N)×p-T(N-1)×i+[T(N)+T(N-1)]×d
上式中，L是所述喷射机构喷射出的气体的流量值，T(N)是N时刻测得的所述导热盖板的温度，T(N-1)是N-1时刻测得的所述导热盖板的温度，参数p是PID算法的比例系数，参数i是PID算法的积分系数，参数d是PID算法的微分系数。
10.根据权利要求9所述的光纤拉锥控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括确定所述PID控制算法中的参数p、i、d的数值，其包括：
获取一段时间内多个时间点所对应的所述导热盖板的温度；
分别计算各个时间点所对应的所述导热盖板的温度与所述光纤拉锥温度值的温度差以及所述温度差的变化率；
根据计算得到的温度差以及所述温度差的变化率，确定PID控制算法中的参数p、i、d的数值。
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|---|---|---|---|---|
| CN110255881A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-20 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种具有温度监控且可均匀加热光纤拉锥旋转的加热舱 |
| CN116594114A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-08-15 | 北京工业大学 | 一种激光加热光纤熔融的拉锥方法及其拉锥系统 |
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- 2018-05-30 CN CN201810541478.3A patent/CN108483896A/zh active Pending
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