CN109721258A - 一种在光纤表面定点涂覆的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种在光纤表面定点涂覆的方法和装置，该装置包括在线拉丝塔，根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号的光电编码器，光电编码器与光纤移动距离相匹配，并每隔单位距离发送脉冲一次，脉冲计数器接受脉冲，并根据设定值发送触发脉冲，启动光纤涂覆部分及对应的固化装置。装置中的涂覆及固化装置，用于在光纤上进行各种材料的涂覆及固化；控制器用于当脉冲计数器的计数达到设定值时触发涂覆及固化装置在光纤表面进行涂覆及固化，控制脉冲计数器清零重新开始。本发明实现拉丝过程中光纤定点涂覆，涂覆位置、涂覆间隔精确可控，不影响光纤的强度、导光等各种性能。

Description

一种在光纤表面定点涂覆的方法和装置

技术领域

本发明属于光纤拉丝技术领域，尤其涉及一种在光纤表面定点涂覆的方法和装置。

背景技术

在光纤的拉丝生产过程中，光纤需要进行表面涂覆，涂覆是光纤生产一个重要环节。光纤涂覆层一般具有的功能为保护裸光纤、提高光纤机械强度和抗微弯损耗并降低衰减而涂覆的高分子材料层。一般情况下，光纤涂覆层有二层，内层为低模量高分子材料，外层为高模量高分子材料。

目前光纤行业的涂覆方式一般是在线连续涂覆，沿光纤轴向涂覆材料只有一种。在光纤通信领域，这种方式能够很好的保证光纤的性能。但是，在传感领域中，如果沿光纤轴向在特定位置有多种涂覆材料，除了保证光纤的强度、导光性能外，还具有特殊功能，能够测量外界环境的变化。目前许多具有不同涂覆层的光纤用于传感时，采用将光纤原本涂覆层剥除然后再涂覆特殊涂层。这种方法不仅容易损伤光纤从而降低传感器强度，并且制备效率低、难以大规模制备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在光纤表面定点涂覆的方法和装置，从而可以制备出不同区域具有不同功能涂覆层的光纤。可以在光纤表面任意位置涂覆任意尺寸、厚度的及材料的特种涂层，能够扩大光纤在传感、通信等领域的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明首先提供一种在光纤表面定点涂覆的装置，该装置包括：在线拉丝塔，根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号的光电编码器，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定，还包括涂覆部分及固化部分，用于在光纤上进行各种材料的涂覆及固化；光电编码器与光纤移动距离相匹配，并每隔单位距离发送脉冲一次，脉冲计数器接受脉冲，并根据设定值发送触发脉冲，启动光纤涂覆部分及对应的固化部分；脉冲计数器，用于对脉冲信号进行计数；控制器，用于当脉冲计数器的计数达到设定值时触发涂覆部分及固化部分在光纤表面进行涂覆及固化，控制脉冲计数器清零重新开始。

按上述技术方案，在线拉丝塔包括光纤拉制部分、涂覆部分及固化部分，涂覆部分包含光纤通过区间、定点涂层材料放置装置、涂层引导装置，涂层引导装置和涂层材料放置装置相连，光纤通过区间位于涂覆部分的正中间，并紧靠涂层引导装置；涂层引导装置在接收到脉冲信号后，通过光纤通过区间将涂层材料涂覆在光纤表面，固化部分与涂覆部分由光纤通过区间相连。

按上述技术方案，带电液滴沿着光纤流下时，涂覆部分根据接收到的脉冲信号给电极通电，电极两电极间形成电场，带电液体在电场的作用下吸附在光纤表面。

按上述技术方案，涂覆部分受到脉冲计数器的脉冲信号启动，涂覆部分中的电控喷管，向光纤喷射特种涂层材料，通过对喷管端口上的通道进行选择，控制特种涂层的长度及形状。

按上述技术方案，共设置有4个脉冲计数器。

按上述技术方案，涂覆部分受到脉冲计数器的脉冲信号启动，涂覆部分中的充满了反应气体，当涂覆部分启动时，激光器发射激光脉冲，反应气体在光纤表面受到激光照射光纤产生的热量而发生变化，吸附在光纤表面，形成特种涂层。

本发明还提供一种利用以上装置在光纤表面定点涂覆的方法，该方法包括以下步骤，步骤一，在光纤拉丝过程中，光电编码器根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；步骤二，当脉冲计数器的计数达到设定值时触发延时程序，同时脉冲计数器清零重新计数，并启动延时程序，根据第一个涂覆部分涂覆位置与涂覆部分之间距离设定延时程序；步骤三，延时程序运行完后启动驱动程序，涂覆部分在光纤部分区域相应位置涂覆与光纤另一部分区域涂覆层不同材料，然后具有材料涂覆层的光纤进入固化装置中固化。

按上述技术方案，所述步骤一中，最小分辨率按照以下公式计算：

r＝2*π*R/N，

式中，r为光电编码器发送信号的弧长间隔，即最小分辨率；R为主动牵引轮的半径；N为主动牵引轮每转动一圈光电编码器发送的脉冲信号个数。

本发明还提供一种利用以上装置在光纤表面定点涂覆的方法，该方法包括以下步骤，步骤一，在光纤拉丝过程中，光电编码器根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；步骤二，当第一脉冲计数器的计数达到设定值时，触发涂覆部分的驱动程序，涂覆部分在光纤相应位置涂覆两种以上具有不同杨氏模量的定点涂层材料，然后具有多种定点涂层的该光纤进入固化装置中固化；步骤三，第一至第四脉冲计数器的计数设定值根据涂覆部分之间的间隔及需要的定点涂层之间的间隔设置。

当第一脉冲计数器达到设定值时，触发第一脉冲计数器的延时器，延时器的延时长度根据第一个涂覆部分涂覆材料位置及涂覆部分之间的间隔设定。延时器延时过后，第一脉冲计数器开始计数。计数达到设定值时，触发涂覆部分的驱动程序，涂覆部分在光纤相应位置涂覆具有特定用途的材料，材料涂覆层的长度、厚度及材料均可单独设置。随后具有材料涂覆层的光纤进入固化装置中固化。在固化完成后，具有材料涂覆层的光纤进入涂覆器中涂覆高分子保护层，光纤光栅在线定点涂覆完成。第一至第四脉冲计数器的计数设定值相同或不相同。第一至第四脉冲计数器的开始计数延时值与其材料涂覆位置、涂覆部分之间的位置相匹配。

按上述技术方案，所述步骤一中，最小分辨率按照以下公式计算：

r＝2*π*R/N，

式中，r为光电编码器发送信号的弧长间隔，即最小分辨率；R为主动牵引轮的半径；N为主动牵引轮每转动一圈光电编码器发送的脉冲信号个数。

本发明产生的有益效果是：实现拉丝过程中光纤定点涂覆，涂覆位置、涂覆间隔精确可控，不影响光纤的强度、导光等各种性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的装置结构示意图；

图1中：101-拉丝塔进料及石墨炉，102-涂覆部分，103-材料固化装置，104-内涂涂覆器，105-内涂固化装置，106-外涂涂覆器，107-外涂固化装置，108-收线装置。

图2是本发明实施例四中光纤定点涂覆的方法流程图；

图3是本发明实施例五中光纤定点涂覆的方法流程图；

图4是本发明一实施例的涂覆部分；

图5是本发明二实施例的涂覆部分；

图6是本发明实施例中制备的具有定点涂层的光纤的结构示意图；

图7是本发明实施例三中光纤特种涂层涂覆部分示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

本实施例提供一种拉丝过程中光纤定点涂覆的装置，如图1所示，包括光纤在线拉丝塔；用于根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号的光电编码器，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；脉冲计数器，用于对脉冲信号进行计数；控制器，用于对脉冲计数器的计数达到设定值时触发光纤涂覆部分，控制脉冲计数器清零重新计数。控制器可以使用DSP芯片或者FPGA芯片，以DSP芯片为例，芯片中内置脉冲计数器，当脉冲计数器的计数达到设定值时，触发涂覆部分的延时程序和驱动程序，同时控制脉冲计数器清零重新计数；涂覆部分，用于在光纤部分区域表面涂覆不同于另一部分区域表面的涂覆材料；材料固化装置，用于固化涂覆部分。

如图1所示，所示在线拉丝塔包括拉丝塔进料及石墨炉101，涂覆部分102，材料固化装置103，内涂涂覆器104，内涂固化装置105，外涂涂覆器106，外涂固化装置107，收线装置108。

如图4所示，当带电液滴沿着光纤流下时，涂覆部分根据接收到的脉冲信号给电极通电。当电极通电时，两电极间形成电场。带电液体在电场的作用下瞬时向光纤表面移动，吸附在光纤表面。随后，具有带电液体的光纤进入到固化炉中固化。

根据实际需要，涂覆部分和材料固化装置可以是单个或者多个，可以安装在内涂涂覆器前或者外涂涂覆器前，也可以同时安装在内涂涂覆器或者外涂涂覆器前。

实施例二：

本实施例提供一种拉丝过程中光纤定点涂覆的装置，如图1所示，它包括光纤在线拉丝塔；用于根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号的光电编码器，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；脉冲计数器，用于对脉冲信号进行计数；控制器，用于对脉冲计数器的计数达到设定值时触发光纤涂覆部分，控制脉冲计数器清零重新计数。控制器可以使用DSP芯片或者FPGA芯片，以DSP芯片为例，芯片中内置脉冲计数器，当脉冲计数器的计数达到设定值时，触发涂覆部分的延时程序和驱动程序，同时控制脉冲计数器清零重新计数；涂覆部分，用于在光纤部分区域表面涂覆不同于另一部分区域表面的涂覆材料；材料固化装置，用于固化涂覆部分。

如图1所示，所示在线拉丝塔包括拉丝塔进料及石墨炉101，涂覆部分102，材料固化装置103，内涂涂覆器104，内涂固化装置105，外涂涂覆器106外涂涂覆器106，外涂固化装置107，收线装置108。

如图5所示，光纤在拉丝过程中，涂覆部分受到脉冲计数器的脉冲信号启动，涂覆部分中的电控喷管，向光纤喷射特种涂层材料。喷管端口具有多个微小的通道，通过对这些通道进行选择，可以控制特种涂层的长度及形状。

根据实际需要，涂覆部分和材料固化装置可以是单个或者多个，可以安装在内涂涂覆器前或者外涂涂覆器前，也可以同时安装在内涂涂覆器或者外涂涂覆器前。

最后在线定点涂覆的光纤的单个定点涂层如图6所示。

实施例三：

本实施例提供一种拉丝过程中光纤定点涂覆的装置，如图1所示，它包括光纤在线拉丝塔；用于根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号的光电编码器，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；脉冲计数器，用于对脉冲信号进行计数；控制器，用于对脉冲计数器的计数达到设定值时触发光纤涂覆部分，控制脉冲计数器清零重新计数。控制器可以使用DSP芯片或者FPGA芯片，以DSP芯片为例，芯片中内置脉冲计数器，当脉冲计数器的计数达到设定值时，触发涂覆部分的延时程序和驱动程序，同时控制脉冲计数器清零重新计数；涂覆部分，用于在光纤部分区域表面涂覆不同于另一部分区域表面的涂覆材料；材料固化装置，用于固化涂覆部分。

如图1所示，所示在线拉丝塔包括拉丝塔进料及石墨炉101，涂覆部分102，材料固化装置103，内涂涂覆器104，内涂固化装置105，外涂涂覆器106，外涂固化装置107，收线装置108。

本发明提供的光纤特种涂层涂覆部分如图7所示。光纤在拉丝过程中，涂覆部分受到脉冲计数器的脉冲信号启动。涂覆部分中的充满了反应气体。当涂覆部分启动时，激光器发射激光脉冲。反应气体在光纤表面受到激光照射光纤产生的热量而发生变化，从而吸附在光纤表面，进而形成特种涂层。

根据实际需要，涂覆部分和材料固化装置可以是单个或者多个，可以安装在内涂涂覆器前或者外涂涂覆器前，也可以同时安装在内涂涂覆器或者外涂涂覆器前。

实施例四：

本实施例提供一种拉丝过程中光纤定点涂覆的方法，如图2所示。

其步骤包括，在光纤拉丝过程中，光电编码器根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；最小分辨率按照以下公式计算：

r＝2*π*R/N，

式中，r为光电编码器发送信号的弧长间隔，即最小分辨率；R为主动牵引轮的半径；N为主动牵引轮每转动一圈光电编码器发送的脉冲信号个数。

当脉冲计数器的计数达到设定值时触发延时程序，同时脉冲计数器清零重新计数，并启动延时程序。根据第一个涂覆部分涂覆位置与涂覆部分之间位置设定延时程序。

延时程序运行完后启动驱动程序，涂覆部分在光纤相应位置涂覆两种以上具有不同杨氏模量的定点涂层材料，然后具有多种定点涂层的光纤进入固化装置中固化；

拉丝塔在拉丝过程中，光电编码器根据主牵引轮转动角度发送脉冲。脉冲计数器接收脉冲，根据需要制备的光栅间隔设定脉冲计数器的计数设定值。当脉冲计数器达到设定值时，触发用于涂覆部分内的延时程序启动。延时程序根据第一个涂覆部分及涂覆部分之间的位置有关。预先在拉丝塔上准确测量间隔，并根据脉冲间隔对应的长度设定延时程序。延时程序运行完毕，涂覆部分在光纤部分区域表面涂覆不同于光纤另一部分涂覆层的材料，材料涂覆层的长度、厚度及材料均可单独设置。随后进入固化装置中固化。在固化完成后，具有材料涂覆层的光纤进入涂覆器中涂覆高分子保护层，一种定点涂覆光纤制备完成。

实施例五：

本实施例提供一种拉丝过程中光纤定点涂覆的方法，如图3所示。

在光纤拉丝过程中，光电编码器根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；最小分辨率按照以下公式计算：

r＝2*π*R/N，

式中，r为光电编码器发送信号的弧长间隔，即最小分辨率；R为主动牵引轮的半径；N为主动牵引轮每转动一圈光电编码器发送的脉冲信号个数。

当第一脉冲计数器的计数达到设定值时，触发涂覆部分的驱动程序，涂覆部分在光纤相应位置涂覆两种以上具有不同杨氏模量的定点涂层材料，然后具有多种定点涂层的光纤进入固化装置中固化。第一至第四脉冲计数器的计数设定值根据涂覆装之之间的间隔及需要的定点涂层之间的间隔设置。

拉丝塔在拉丝过程中，光电编码器根据主牵引轮转动角度发送脉冲。脉冲计数器接收脉冲，根据需要制备的光纤材料涂覆层间隔设定脉冲计数器的计数设定值。当第一脉冲计数器达到设定值时，触发第一脉冲计数器的延时器，延时器的延时长度根据第一个涂覆部分涂覆材料位置及涂覆部分之间的间隔设定。延时器延时过后，第一脉冲计数器开始计数。计数达到设定值时，触发涂覆部分的驱动程序，涂覆部分在光纤相应位置涂覆具有特定用途的材料，材料涂覆层的长度、厚度及材料均可单独设置。随后具有材料涂覆层的光纤进入固化装置中固化。在固化完成后，具有材料涂覆层的光纤进入涂覆器中涂覆高分子保护层，光纤光栅在线定点涂覆完成。第一至第四脉冲计数器的计数设定值相同或不相同。第一至第四脉冲计数器的开始计数延时值与其材料涂覆位置、涂覆部分之间的位置相匹配。

本发明利用光电编码器通过拉丝塔中的主牵引轮转动发射脉冲，每个脉冲对应于拉丝光纤的最小长度。根据相邻材料涂覆层的间隔，可以得到相邻涂覆层需要发射的最大脉冲数。利用脉冲计数器对发出的脉冲进行技术，当计数器等于最大脉冲数后，对涂覆部分发射触发脉冲，从而在光纤的特定地方涂覆一层具有特殊功能的材料涂覆层，同时计数器清零。这种方式能够在线定点涂覆，涂覆长度、涂覆间隔精确可控，不影响光纤的强度、导光等各种性能。

本发明采用全自动信号收发装置，按照设定程序，涂覆部分自动在光纤表面涂覆具有特殊功能的材料涂覆层。本发明能够实现拉丝过程中光纤定点涂覆，涂覆位置、涂覆间隔精确可控，不影响光纤的强度、导光等各种性能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种在光纤表面定点涂覆的装置，其特征在于，该装置包括：

在线拉丝塔，根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号的光电编码器，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定，还包括涂覆部分及固化部分，用于在光纤上进行各种材料的涂覆及固化；

光电编码器与光纤移动距离相匹配，并每隔单位距离发送脉冲一次，脉冲计数器接受脉冲，并根据设定值发送触发脉冲，启动光纤涂覆部分及对应的固化部分；

脉冲计数器，用于对脉冲信号进行计数；

控制器，用于当脉冲计数器的计数达到设定值时触发涂覆部分及固化部分在光纤表面进行涂覆及固化，控制脉冲计数器清零重新开始。

2.根据权利要求1所述的在光纤表面定点涂覆的装置，其特征在于，在线拉丝塔包括光纤拉制部分、涂覆部分及固化部分，涂覆部分包含光纤通过区间、定点涂层材料放置装置、涂层引导装置，涂层引导装置和涂层材料放置装置相连，光纤通过区间位于涂覆部分的正中间，并紧靠涂层引导装置；涂层引导装置在接收到脉冲信号后，通过光纤通过区间将涂层材料涂覆在光纤表面，固化部分与涂覆部分由光纤通过区间相连。

3.根据权利要求2所述的在光纤表面定点涂覆的装置，其特征在于，带电液滴沿着光纤流下时，涂覆部分根据接收到的脉冲信号给电极通电，电极两电极间形成电场，带电液体在电场的作用下吸附在光纤表面。

4.根据权利要求2所述的在光纤表面定点涂覆的装置，其特征在于，涂覆部分受到脉冲计数器的脉冲信号启动，涂覆部分中的电控喷管，向光纤喷射特种涂层材料，通过对喷管端口上的通道进行选择，控制特种涂层的长度及形状。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的在光纤表面定点涂覆的装置，其特征在于，共设置有4个脉冲计数器。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的在光纤表面定点涂覆的装置，其特征在于，涂覆部分受到脉冲计数器的脉冲信号启动，涂覆部分中的充满了反应气体，当涂覆部分启动时，激光器发射激光脉冲，反应气体在光纤表面受到激光照射光纤产生的热量而发生变化，吸附在光纤表面，形成特种涂层。

7.利用权利要求1-4任一项装置的在光纤表面定点涂覆的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，

步骤一，在光纤拉丝过程中，光电编码器根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；

步骤二，当脉冲计数器的计数达到设定值时触发延时程序，同时脉冲计数器清零重新计数，并启动延时程序，根据第一个涂覆部分涂覆位置与涂覆部分之间距离设定延时程序；

步骤三，延时程序运行完后启动驱动程序，涂覆部分在光纤部分区域相应位置涂覆与光纤另一部分区域涂覆层不同材料，然后具有材料涂覆层的光纤进入固化装置中固化。

8.根据权利要求7所述的在光纤表面定点涂覆的方法，其特征在于，所述步骤一中，最小分辨率按照以下公式计算：

r＝2*π*R/N，

式中，r为光电编码器发送信号的弧长间隔，即最小分辨率；R为主动牵引轮的半径；N为主动牵引轮每转动一圈光电编码器发送的脉冲信号个数。

9.利用权利要求5所述装置的在光纤表面定点涂覆的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，

步骤一，在光纤拉丝过程中，光电编码器根据拉丝塔主牵引轮转动角度发送脉冲信号，脉冲信号周期对应光纤长度的最小分辨率，最小分辨率根据光电编码器的码数和主牵引轮的半径确定；

步骤二，当第一脉冲计数器的计数达到设定值时，触发涂覆部分的驱动程序，涂覆部分在光纤相应位置涂覆两种以上具有不同杨氏模量的定点涂层材料，然后具有多种定点涂层的该光纤进入固化装置中固化；

步骤三，第一至第四脉冲计数器的计数设定值根据涂覆部分之间的间隔及需要的定点涂层之间的间隔设置。

10.根据权利要求9所述的在光纤表面定点涂覆的方法，其特征在于，所述步骤一中，最小分辨率按照以下公式计算：

r＝2*π*R/N，

式中，r为光电编码器发送信号的弧长间隔，即最小分辨率；R为主动牵引轮的半径；N为主动牵引轮每转动一圈光电编码器发送的脉冲信号个数。