CN110749958A - 光纤熔接机加热槽及其温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤熔接机加热槽及其温度控制方法，V型的加热槽设于固定支撑件内部的U形槽内，U形槽的侧壁上部设有向槽外延伸的卡槽，加热槽的端部卡紧于卡槽内，加热槽的两个外侧面均设有电阻值分段分布的加热电阻，热缩套管与加热槽内壁接触，温度传感器通过温度采集电路与主控单元连接，主控单元通过PWM加热控制电路与加热电阻两端的引线连接。本发明加热槽的温度由两端向中心逐渐升高，缩减加热槽壁面和槽内的温度差，提高热值利用率，通过PWM加热控制电路和温度采集电路保证升温曲线线性化，提高热缩管的热缩质量，有效降低电能消耗，提高加热炉的工作效率，延长工作寿命。

Description

光纤熔接机加热槽及其温度控制方法

技术领域

本发明属于光纤熔接机技术领域，涉及一种光纤熔接机加热槽及其温度控制方法。

背景技术

光纤接头进行熔接接续之后，需要进行熔接点的保护。一般针对不同的光纤类型使用相应规格的热缩套管。在光纤接头处套上热缩套管，放入加热装置中进行热缩紧固。其过程有两个：一是加热升温过程，二是降温或保温过程。加热速度主要根据厂家的加热槽材料（一般为阻性材料）和对材料两端施加的电压而定。现有厂家的光纤熔接机加热槽结构主要有两种：一种是PI膜包裹铝基材，另一种是钢基材涂覆电阻材料。前者需要使用耐高温（250℃以上）背胶粘合，国内目前很少有生产此类高温背胶的厂家，虽然 PI 加热膜可做柔性造型提高热传导效率，但其成品因功率密度过大，不能大面积加热，仅能对局部小面积温升，通过热传递向两侧延伸；而且其选用铝基材导热片，高温会产生铝离子，对长期工作人员的健康造成威胁。而后者，钢基材料本身耐高温，热传导系数和机械强度较高，不易发生形变，且较铝材成本低，因此为优选的材料；但其焊点是银浆材料，而钢基材料由于本身加热速度很快，一般7-10s可达到200℃以上，如果温度控制的不好，在一定次数的高温热冲击下（实验中持续加热超过300℃以上、30分钟左右焊点就会开始出现开裂现象）焊点上的银浆会与焊锡融合而发生剥落，导致加热槽失效，且发生焊点脱落因素主要取决于焊盘上的温度，温度越高脱落速度越快；存在加热槽两端的焊盘在频繁的高温热冲击下降低焊接强度，甚至脱离而失效的问题；因此，需要合理控制加热槽的温度上限和保温时间，使热缩套管既可以快速完成热缩加固，又能避免上述问题。

其次，加热槽上电阻两端的电压值也影响加热效率，供电电压越高升温速度越快，而熔接机使用锂电池供电，随着操作次数增多电压会逐步降低，这一因素也会影响加热槽的温升时间。由于熔接机的主控单元无法预知加热槽的实际温度，而仅凭预设的加热时间参数作为关断信号并不合理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种光纤熔接机加热槽，加热槽的温度由两端向中心逐渐升高，缩减加热槽壁面和槽内的温度差，提高热值利用率，通过PWM加热控制电路和温度采集电路保证升温曲线线性化，提高热缩管的热缩质量，使热缩套管既可以快速完成热缩加固，又能防止加热槽两端的焊盘在频繁的高温热冲击下脱离而失效，有效降低电能消耗，提高加热炉的工作效率，延长工作寿命，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种光纤熔接机加热槽的温度控制方法。

本发明所采用的技术方案是，一种光纤熔接机加热槽，V型的加热槽设于固定支撑件内部的 U形槽内，U形槽的侧壁上部设有向槽外延伸的卡槽，加热槽的端部卡紧于卡槽内，加热槽的两个外侧面均设有电阻值分段分布的加热电阻，热缩套管与加热槽内壁接触，加热槽的一个表面安装有温度传感器，温度传感器通过温度采集电路与主控单元连接，主控单元通过PWM加热控制电路与加热电阻两端的引线连接。

进一步的，所述温度采集电路包括基准电压源电路，基准电压源电路通过滤波电路与误差放大电路连接，温度传感器与误差放大电路连接，误差放大电路与主控单元连接；误差放大电路用于将温度传感器采集的数据与放大器设定好的基准进行差值运算和放大。

进一步的，所述基准电压源电路采用TL431B芯片为温度采集电路输入基准电压，温度采集电路采用桥式差分电路进行调节，采用LM7301进行数字信号的放大和调理运放。

进一步的，，所述PWM加热控制电路包括NPN三极管Q2J，主控单元产生PWM信号通过三态反相器U3JA输入至NPN三极管基极，三态反相器用于实现主控单元的PWM端口电平翻转，三态反相器与电源U3JB连接，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的集电极与MOS管栅极G连接，NPN三极管用于驱动后级MOS管，MOS管的源极S与稳压电源正极连接，MOS管的源极S与栅极G之间连接有电阻R5J，MOS管的漏极D连接加热电阻。

进一步的，所述加热电阻为S形，加热电阻两端电阻值大于中间电阻值，且电阻值由两端向中间连续或阶梯状递减。

进一步的，所述引线焊接于加热槽上，焊盘位于加热槽两端，引线固定于卡槽与加热槽形成夹角空间内，空间尺寸与引线的直径相匹配。

进一步的，所述固定支撑件采用FR-4高频TG180板材。

进一步的，所述加热槽的两端设置有通风孔，一端通风孔下方安装有用于进风的散热风扇，另一端通风孔下方安装有用于出风的散热风扇，散热风扇均与主控单元连接，主控单元的I/O管脚连接加热指示灯和蜂鸣器。

一种光纤熔接机加热槽的温度控制方法，具体包括：

加热升温控制：主控单元控制加热电阻的输入电源接通，通过温度采集电路读取加热槽的实时温度，主控单元内部集成有PWM模块，PWM模块的输出端连接PWM加热控制电路；主控单元根据加热槽的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽的温升曲线按设定斜率稳步爬升；

临界温度控制：当加热槽的温度>设定值-30℃，主控单元根据加热槽的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽升温至设定值；

温度保持控制：当加热槽的温度>设定值-3℃，主控单元根据加热槽的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽进行温度保持，以保障热缩管中的空气完全排出去；

降温控制：主控单元控制加热电阻的输入电源断开，并开启散热风扇，直至加热槽的温度降至安全温度。

进一步的，所述主控单元通过在线寻优软件混合算法和PID动态补偿软件算法，根据加热槽的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，具体按照以下步骤进行：

主控单元在当前选中的加热模式下，随机抽取多个加热槽，每个加热槽采集多组加热温度数据，以10℃为温度单元，计算每个温度单元所需的平均加热时间，基于数据挖掘的决策树分类算法分析每个温度单元所需的平均加热时间，形成规则知识库，进而形成主控制器CPU可识别处理的由加热模式、时间点和温度值构成的三维数组分布表，通过高斯滤波算法对三维数组表进行积分运算，得到每秒钟的热处理动态数学模型，并存入存储器中；

主控单元根据加热槽内壁的实时温度数据建立加热模式、时间点和温度值的三维数组表，通过高斯滤波算法对三维数组表进行积分运算，得到每秒钟的热处理动态数学模型，主控单元将加热槽内壁实时温度数据对应的热处理动态数学模型和已存储的热处理动态数学模型进行比对，通过增量离散式PID公式求得温度动态补偿调节量ΔT，将ΔT送至主控单元的PWM模块，计算得出下一秒钟PWM模块的最佳占空比和工作频率；如此对加热槽温度控制进行动态调节和补偿。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过对加热槽壁面的电阻进行分段阻值设计，将分段阻值的电阻膜在加热槽外壁面进行S型弯曲贴装，使得加热槽壁面的热值呈阶梯分布状态，温度值由两侧向中心逐渐升高，保证了加热升温过程中部区域温度最高的要求，提高加热炉热值的利用率；加热槽的V型内部空间均匀热量散射，缩减加热槽内壁面的两端和中间的温差在10℃以内；同时缩减加热槽壁面和V型内部空间的温度差，当加热槽被加热到最高温度240℃时，加热槽内部V型空间的温度在220-240℃之间。

2.通过采集加热槽内壁的热值分布，建立加热槽热处理动态数学模型，得到炉温最优分布曲线，运用基于数据挖掘的决策树分类算法，分析加热炉的大量工程试验数据，从中获取有价值的规则，形成规则知识库，进而提炼出一种适合于光纤热缩套管的物理特性的在线寻优软件混合算法，通过PWM加热控制电路和温度采集电路，对加热过程中的扰动采用模糊PID控制进行动态补偿，从而实现加热炉最优炉温控制，保证升温曲线线性化，提高热缩管的热缩质量，在热效应控制方面更出色；又降低了电能消耗，提高加热炉的工作效率，延长加热炉的工作寿命。

3.本发明只需要设置加热模式即可，其它参数是软件程序根据大量工程试验数据，通过PWM变频在线寻优软件混合算法和PID动态补偿软件算法自动配置工作，无需额外人工干预；免除传统加热炉的一系列复杂性参数设置，降低熔接机的使用技术门槛，提高用户的可操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例加热槽的结构示意图。

图2是图1中加热槽的侧视图。

图3是加热电阻的结构示意图。

图4是PT100温度传感器的温度/电阻曲线。

图5是温度采集电路的框图。

图6是加热槽的温度控制流程图。

图7是温度采集电路的原理图。

图8是PWM加热控制电路的原理图。

图9是加热槽内壁热效应空间分布曲线。

图10是加热槽两侧和中间的温度上升变化曲线图。

图中，1.固定支撑件，2.加热槽，3.引线，4.U形槽，5.卡槽，6.加热电阻，7.基准电压源电路，8.滤波电路，9.误差放大电路，10.主控单元，15.温度传感器，16.控制电路板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一种光纤熔接机加热槽的结构，如图1-2所示，包括V型的加热槽2，加热槽2设于固定支撑件1内部的 U形槽4内，U形槽4的侧壁上部设有向槽外延伸的卡槽5，加热槽2的端部卡紧于卡槽5内，加热槽2的两个外侧面均设有电阻值分段分布的加热电阻6，热缩套管置于加热槽2内，热缩套管与加热槽2内壁接触，加热槽2的夹角为（60±2）度，增大与热缩套管的接触面积；加热槽2的一个表面安装有温度传感器15，温度传感器15通过温度采集电路与主控单元10连接，主控单元10通过PWM加热控制电路与加热电阻6两端的引线3连接。

调整引线3的出线长度，将引线3焊接于加热槽2上，焊盘位于加热槽2两端，便于焊接；引线3固定于卡槽5与加热槽2形成夹角空间内，空间尺寸与引线3的直径相匹配，固定支撑件1可有效紧固焊点处的引线3，同时支撑加热槽2，进一步提高了整体组件的稳定性和可靠性。

本发明的加热槽2安装时，只需将两个固定支撑件1置于加热炉底座卡槽内，将加热槽2的两端分别安装于U形槽4内，结构紧凑，在装配上无需任何螺丝，从而简化了安装工艺，减少了零件数量，提高了可靠性；此外，由于固定支撑件1外部形状不受约束，可以与加热炉底座卡槽的形状相匹配，适用性强；固定支撑件1采用FR-4高频TG180板材，短时耐温可达220℃以上，机械强度高且相比金属材料成本更低。

加热槽2的两个表面均设有加热电阻6，并根据热量分布区域设计不同的阻值，加热电阻6为电阻丝带；单个加热电阻6的结构，如图3所示，加热电阻6为S形，加热电阻6两端电阻值大于中间电阻值，且电阻值由两端向中间连续或阶梯状递减，缩减加热槽2壁面和V型内部空间的温度差，同时缩减加热槽2内壁面的两端和中间的温差；每条电阻丝带的总阻值是5欧姆，长度是60毫米；加热槽2上电阻的平均功率密度为18±2（W/cm²），每片加热电阻6的功率密度由两端向中间逐次递减，即两端的电阻值略大于中间的电阻值0.5欧姆，以保证热缩管在加热槽2内加热过程中由中间到两端逐渐完成。

加热槽2的一个表面安装有温度传感器15，探测实时温度，温度传感器15与控制电路板16连接，控制电路板16上设置有PWM加热控制电路和温度采集电路；控制电路板16还用于固定温度传感器15。

温度传感器15的型号为PT100铂电阻传感器，采用陶瓷封装且体积小巧灵敏度高，最小采集量值（分辨率）仅为0.1℃；温度/电阻特性呈线性变化，如图4所示，使得采集到的温度数据准确且程序更易处理，PT100铂电阻传感器的贴装材料采用高导热率的高温导热硅脂，因为硅脂在未干固前有一定流动性，因此在涂覆过程可有效填充传感器和加热电阻6之间的空隙，防止进入空气，从而有效提高了温度采集的可靠性。

PT100铂电阻传感器采用恒压基准源芯片提供采样电压，其输出电压误差仅为0.5%，可保证采样的稳定性和一致性；温度采集电路，如图5所示，包括基准电压源电路7，用于为温度采集电路提供高精度基准电压，基准电压源电路7通过滤波电路8与误差放大电路9连接，温度传感器15通过导线与误差放大电路9连接，误差放大电路9与主控单元10的12位A/D接口单元连接，进行数据转换和处理，主控单元10采用CPU控制器；误差放大电路9用于把PT100铂电阻传感器采集来的数据与放大器设定好的基准进行差值运算和放大，由于误差放大器对共模信号有很好的抑制作用，因此，信号的波动会非常小，且稳定准确。

加热槽2采用不锈钢作为基材，加热槽2的两端设置有通风孔，一端通风孔下方安装有用于进风的散热风扇，另一端通风孔下方安装有用于出风的散热风扇，散热风扇均与主控单元10连接，主控单元10的I/O管脚连接加热指示灯和蜂鸣器。

本发明实施例一种光纤熔接机加热槽的温度控制方法，如图6所示，包括：加热升温控制、临界温度控制、温度保持控制和降温控制。

加热升温控制：主控单元10控制加热电阻6的输入电源接通，通过温度采集电路读取加热槽2的实时温度，主控单元10内部集成有PWM模块，PWM模块采用AM1808处理器，PWM模块的输出端连接PWM加热控制电路；主控单元10根据加热槽2的实时温度配置PWM模块，产生不同频率不同占空比的方波，输入至PWM加热控制电路，从而通过调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽2的温升曲线按设定斜率稳步爬升；加热槽2温升稳步爬升是指每秒钟温度上升（20±2）℃，通过PWM加热控制电路实现PWM脉冲宽度调制的直流变频控制。

加热电阻6两端的电压值影响加热效率，供电电压越高升温速度越快，而熔接机使用锂电池供电，随着操作次数增多电压会逐步降低，为保证加热炉的热缩质量不受电池电压降低的影响，本发明加热炉的输入电压采用稳压模式，在加热炉输入电压的电路上增加电子稳压器，以保障电压恒定，无论电池电压升高或降低，加热炉始终以恒压模式工作。如图7所示，基准电压源电路7采用TL431B芯片为温度采集电路输入基准电压，相比普通稳压管电路，TL431B芯片的纹波更小，精度更高，误差仅为5%，通过两颗精密电阻对3.3V电压进行分压控制，使TL431B的输出端稳定钳位出2.5V的电压，将该电压通过退耦滤波电容C11J提供给温度采集电路。温度采集电路采用桥式差分电路进行调节，采用LM7301进行数字信号的放大和调理运放，其PSRR（电源抑制比）及CMRR（共模抑制比）可达到100dB左右，保证温度采集的准确性。

如图8， PWM加热控制电路包括NPN三极管Q2J，主控单元10产生PWM信号（管脚HEATPOWER）通过三态反相器U3JA输入至NPN三极管基极，三态反相器用于实现主控单元10的PWM端口电平翻转，三态反相器与电源U3JB连接，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的集电极与MOS管栅极G连接，NPN三极管用于驱动后级MOS管，MOS管的源极S与稳压电源正极连接，MOS管的源极S与栅极G之间连接有电阻R5J，MOS管的漏极D连接加热电阻6，MOS管为P沟道MOS管Q1J， C9J和C10J均为滤波电容；电气原理上逐级级联，一方面保障了PWM控制信号的稳定性和准确性，另一方面增强了该电路抗EMC电磁干扰的能力。

主控单元10根据温度采集电路采集的温度变化调制三极管基极或MOS管栅极的偏置，来实现三极管或MOS管导通时间的改变，从而实现加热电阻6输入电源的通断，实现温度控制，加热电阻6使用12V直流供电。

临界温度控制：当加热槽2的温度>设定值-30℃，主控单元10根据加热槽2的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽2升温至设定值；光纤热缩套管有相对应的行业标准，行业标准规定了它的材质、直径、长度以及加热温度（即设定温度），其中加热温度是指该热缩管最佳的热缩温度。

温度保持控制：当加热槽2的温度>设定值-3℃，主控单元10根据加热槽2的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽2进行温度保持5s，以保障热缩管中的空气完全排出去，从而达到最佳热缩效果。

根据实验测定，保温模式的温差在±10℃范围内，持续时间为16s（加热时间11s+保温时间5s），在此阶段内热缩管将充分完成热缩。

降温控制：当加热槽2保温结束后，为了将光纤热缩管的温度快速降下来，主控单元10控制加热电阻6的输入电源断开，并开启散热风扇，气流由加热槽2的左侧流向右侧，最终流向到机体外部，以减少等待时间，直至加热槽2的温度降至安全温度。

加热过程中，当温度<设定值-30℃，加热指示灯亮。采用PWM加热控制电路进行加热槽2临界温度控制过程中，加热指示灯闪烁。降温开始时，加热指示灯灭，温度降至安全温度后蜂鸣器响一声，加热指示灯和蜂鸣器分别由CPU的I/O管脚驱动。当温度传感器15采集到加热槽2的温度超过最高温度240℃，为了保护加热槽2不被过热损伤，主控单元10控制PWM加热控制电路断开，即刻停止加热，主动保护。

在上述温度控制过程中，当启动加热槽2工作后，主控单元10通过在线寻优软件混合算法和PID动态补偿软件算法，根据加热槽2的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，具体按照以下步骤进行：

主控单元10在当前选中的加热模式下，随机抽取多个加热槽2，每个加热槽2采集多组加热温度数据，以10℃为温度单元，计算每个温度单元所需的平均加热时间；主控单元10基于数据挖掘的决策树分类算法分析每个温度单元所需的平均加热时间，形成规则知识库，进而形成主控制器CPU可识别处理的由加热模式、时间点和温度值构成的三维数组分布表，通过高斯滤波算法对三维数组表进行积分运算，得到每秒钟的热处理动态数学模型，并存入存储器中；

主控单元10根据加热槽2内壁的实时温度数据建立加热模式、时间点和温度值的三维数组表，通过高斯滤波算法对三维数组表进行积分运算，得到每秒钟的热处理动态数学模型，主控单元10将加热槽2内壁实时温度数据对应的热处理动态数学模型和已存储的热处理动态数学模型进行比对，通过增量离散式PID公式求得温度动态补偿调节量ΔT，将ΔT送至主控单元的PWM模块，计算得出下一秒钟PWM模块的最佳占空比和工作频率；如此对加热槽2温度控制进行动态调节和补偿，这样可保障加热V槽的温度在加热期间平稳上升，在保温期间波动性最小，从而实现加热炉最优炉温控制。

PID算法控制将采集到的温度信号作为控制量，根据增量离散式PID公式进行：

ΔT=K_p[e(k)-e(k-1)]+K_i×e(k)+K_d[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

其中，ΔT代表温度调节增量，e(k)代表本次的偏差，e(k-1)代表上一次的偏差，以此类推，K_p代表设定的比例系数，K_i为积分系数，K_i=K_p×T/T_i，K_d为调整系数，K_d=K_p×T_d/T，T表示调节周期，T_i表示积分时间常数，T_d表示微分时间常数；通过计算将每次得到的温度调节增量ΔT反馈至主控单元10，自动调节PWM模块的占空比、周期，PWM的周期为1ms。

PID动态补偿的核心是利用PID公式测算每次的动态调节量，用于加热升温控制、临界温度控制和温度保持控制，保障加热温升曲线的线性化。主控单元10的PWM模块每输出1秒的PWM脉冲，温度采样电路即刻采集到加热槽2的实时温度，主控单元10通过增量离散式PID公式求得温度动态补偿调节量ΔT并计算得出下一秒PWM模块的占空比和工作频率，输入至PWM加热控制电路。

主控单元10通过采集加热槽2内壁的热值分布，建立加热槽2热处理动态数学模型，得到炉温最优分布曲线；主控制器CPU内部集成了A/D采集单元，当加热槽2开启工作后，主控制器CPU的A/D采集单元通过温度采集电路以5毫秒的频率提取实时温度，每秒钟可采集200个温度值，主控制器CPU内的软件对这些数据建立加热模式、时间点和温度值的三维数组表，通过高斯滤波算法对三维数组表进行积分运算，得到每秒钟的热处理动态数学模型，最后将每秒钟的热处理动态数学模型导入PID公式，得出下一秒PWM模块的工作频率和占空比；通过这样的动态调节和补偿，最终就得到了加热槽2升温的最优分布曲线。当加热槽2被加热到最高温度240度时，加热槽2内部V型空间的温度在220-240℃之间，且两端低，中间区域最高，如图9所示，纵坐标为温度，横坐标表示加热炉内壁的一系列温度采集点，每隔1mm采集温度。加热模式和市面上标准的热缩管相对应，每种标准型号的热缩管对应一种加热模式。

本发明的优势：

1、本发明通过对加热槽2壁面的电阻进行分段阻值设计，将分段阻值的电阻膜在加热槽2外壁面进行S型弯曲贴装，如图3所示；设计思路来源于加热槽2材料的空间热效应分析，加热槽2材料本身在热传导方面是均匀的，但在V型内部空间则是呈壁面高而中心低的状态，加热过程中实测温差将近50℃，这种热量在空间的不均匀分布严重影响热缩管的热缩效果。加热电阻6分段阻值设计使得加热槽2壁面的热值呈阶梯分布状态，因为电流通过每段电阻所产生的热值和它的功率成正比关系，加热槽2的输入电压是DC12V，根据公式I=U/R，流经加热槽2中部区域的电流要大于两端的，根据公式Q=I²R，中部区域的电阻功率大于两端，所以在整个加热过程中，加热槽中部区域的热量（温度）大于两端，温度值由两侧向中心逐渐升高，从而达到加热炉热值的最高利用率。加热槽2采用不锈钢作为基材，在空间热传递是以热对流形式进行的，在热量对流的同时流体各部之间还存在着导热现象，导致热量在传输介质中存在不均匀导热的问题，本发明加热电阻6在加热槽2外壁面进行S型弯曲贴装，以保障加热槽2壁面温度是均匀的，缩减加热槽2壁面和V型内部空间的温度差，加热槽2的夹角为60度，热量由两侧壁面以小角度同时向内部空间传递，进一步提高V型内部空间温度分布的均匀性。

本发明加热电阻6的分段阻值设计和S型弯曲贴装，使加热槽2的V型内部空间均匀热量散射，相比现有技术，有两方面优势，一方面是缩减加热槽2内壁面的两端和中间的温差在10℃以内，另一方面是当加热槽2被加热到最高温度240℃时，加热槽2内部V型空间的温度在220-240℃之间。

2、本发明基于PWM加热控制电路的在线寻优软件混合算法和PID动态补偿软件算法，显著降低了电能消耗；测定本发明加热槽2升温至临界温度的过程中，不同时间点加热槽2两端及中间的温度曲线，如图10所示，加热槽2的温升曲线近似一条爬升直线，这种温升特性对于保障热缩管的热缩质量是非常重要的，光纤热缩管的工作温度范围是 60–250℃，最佳收缩温度范围200–240℃，根据它的收缩热性，升温过程中温度上升率的快慢将严重影响它的收缩质量，温度上升率慢热缩管受热不均匀导致鼓包现象，温度上升率快热缩管受热太高导致流胶现象，所以控制温升曲线的上升率至关重要，本发明通过PWM加热控制电路的在线寻优软件混合算法和PID动态补偿软件算法，将升温时间控制在10-12秒，同时具有合适的温度上升率，使热缩管的收缩质量最佳；另外，在同一时刻加热槽2中部区域比两端的温度高10℃左右，可保障在热缩过程中，热缩管内部的空气排除殆尽。

通过传统加热槽与本发明加热槽2的比对试验，测试其从室温25℃升温到240℃的时间，实测100组加热数据，传统加热槽的单次平均时间是32秒，本发明加热槽的单次平均时间是10-12秒，时间上的降低也代表着电能消耗的节约。

3、传统加热炉在工作之前需要用户手动设置加热模式、加热时间、加热温度、加热结束温度等一系列工作参数；本发明只需要设置加热模式即可，其它参数是软件程序根据大量工程试验数据，并套用相应的软件算法（PWM变频在线寻优软件混合算法和PID动态补偿软件算法）自动配置工作的，无需额外人工干预；免除传统加热炉的一系列复杂性参数设置，降低熔接机的使用技术门槛，提高用户的可操作性。

综上，通过大量工程试验表明，相比熔接机的传统加热槽，本发明的加热槽2在热效应控制方面更出色，有效降低电能消耗，提高加热炉的工作效率，延长加热炉的工作寿命；可操作性强，具有较高的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光纤熔接机加热槽，其特征在于，V型的加热槽（2）设于固定支撑件（1）内部的 U形槽（4）内，U形槽（4）的侧壁上部设有向槽外延伸的卡槽（5），加热槽（2）的端部卡紧于卡槽（5）内，加热槽（2）的两个外侧面均设有电阻值分段分布的加热电阻（6），热缩套管与加热槽（2）内壁接触，加热槽（2）的一个表面安装有温度传感器（15），温度传感器（15）通过温度采集电路与主控单元（10）连接，主控单元（10）通过PWM加热控制电路与加热电阻（6）两端的引线（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机加热槽，其特征在于，所述温度采集电路包括基准电压源电路（7），基准电压源电路（7）通过滤波电路（8）与误差放大电路（9）连接，温度传感器（15）与误差放大电路（9）连接，误差放大电路（9）与主控单元（10）连接；误差放大电路（9）用于将温度传感器（15）采集的数据与放大器设定好的基准进行差值运算和放大。

3.根据权利要求2所述的一种光纤熔接机加热槽，其特征在于，所述基准电压源电路（7）采用TL431B芯片为温度采集电路输入基准电压，温度采集电路采用桥式差分电路进行调节，采用LM7301进行数字信号的放大和调理运放。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种光纤熔接机加热槽，其特征在于，所述PWM加热控制电路包括NPN三极管Q2J，主控单元（10）产生PWM信号通过三态反相器U3JA输入至NPN三极管基极，三态反相器用于实现主控单元（10）的PWM端口电平翻转，三态反相器与电源U3JB连接，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的集电极与MOS管栅极G连接，NPN三极管用于驱动后级MOS管，MOS管的源极S与稳压电源正极连接，MOS管的源极S与栅极G之间连接有电阻R5J，MOS管的漏极D连接加热电阻（6）。

5.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机加热槽，其特征在于，所述加热电阻（6）为S形，加热电阻（6）两端电阻值大于中间电阻值，且电阻值由两端向中间连续或阶梯状递减。

6.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机加热槽，其特征在于，所述引线（3）焊接于加热槽（2）上，焊盘位于加热槽（2）两端，引线（3）固定于卡槽（5）与加热槽（2）形成夹角空间内，空间尺寸与引线（3）的直径相匹配。

7.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机加热槽，其特征在于，所述固定支撑件（1）采用FR-4高频TG180板材。

8.根据权利要求1所述的一种光纤熔接机加热槽，其特征在于，所述加热槽（2）的两端设置有通风孔，一端通风孔下方安装有用于进风的散热风扇，另一端通风孔下方安装有用于出风的散热风扇，散热风扇均与主控单元（10）连接，主控单元（10）的I/O管脚连接加热指示灯和蜂鸣器。

9.一种光纤熔接机加热槽的温度控制方法，其特征在于，具体包括：

加热升温控制：主控单元（10）控制加热电阻（6）的输入电源接通，通过温度采集电路读取加热槽（2）的实时温度，主控单元（10）内部集成有PWM模块，PWM模块的输出端连接PWM加热控制电路；主控单元（10）根据加热槽（2）的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽（2）的温升曲线按设定斜率稳步爬升；

临界温度控制：当加热槽（2）的温度>设定值-30℃，主控单元（10）根据加热槽（2）的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽（2）升温至设定值；

温度保持控制：当加热槽（2）的温度>设定值-3℃，主控单元（10）根据加热槽（2）的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，驱动PWM加热控制电路控制加热槽（2）进行温度保持，以保障热缩管中的空气完全排出去；

降温控制：主控单元（10）控制加热电阻（6）的输入电源断开，并开启散热风扇，直至加热槽（2）的温度降至安全温度。

10.根据权利要求9所述的一种光纤熔接机加热槽的温度控制方法，其特征在于，所述主控单元（10）通过在线寻优软件混合算法和PID动态补偿软件算法，根据加热槽（2）的实时温度调节PWM模块的占空比和工作频率，具体按照以下步骤进行：

主控单元（10）在当前选中的加热模式下，随机抽取多个加热槽（2），每个加热槽（2）采集多组加热温度数据，以10℃为温度单元，计算每个温度单元所需的平均加热时间，基于数据挖掘的决策树分类算法分析每个温度单元所需的平均加热时间，形成规则知识库，进而形成主控制器CPU可识别处理的由加热模式、时间点和温度值构成的三维数组分布表，通过高斯滤波算法对三维数组表进行积分运算，得到每秒钟的热处理动态数学模型，并存入存储器中；

主控单元（10）根据加热槽（2）内壁的实时温度数据建立加热模式、时间点和温度值的三维数组表，通过高斯滤波算法对三维数组表进行积分运算，得到每秒钟的热处理动态数学模型，主控单元（10）将加热槽（2）内壁实时温度数据对应的热处理动态数学模型和已存储的热处理动态数学模型进行比对，通过增量离散式PID公式求得温度动态补偿调节量ΔT，将ΔT送至主控单元的PWM模块，计算得出下一秒钟PWM模块的最佳占空比和工作频率；如此对加热槽（2）温度控制进行动态调节和补偿。

Images