CN111596407B - 制备d型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置及方法，该装置包括平台主体、升降模块、光纤抛磨模块、光纤传动模块、夹具模块、光纤加热模块和光纤。升降模块的第一端和平台主体的下端固定连接，升降模块的第二端和光纤抛磨模块固定连接，光纤抛磨模块、光纤传动模块、实时监测模块和光纤加热模块位于平台主体的上端，且光纤传动模块和光纤加热模块均位于光纤抛磨模块和实时监测模块之间，中心控制与通讯模块位于平台主体的一侧面，夹具模块位于光纤传动模块上，光纤两端分别通过光纤固定夹具与法兰滑块的凹槽固连。本发明通过法兰滑块的设计巧妙地解决了光纤和抛磨轮相对运动的问题，既可实施光纤的侧面抛磨又可实施光纤拉锥。

Description

制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤抛磨和拉锥领域，特别涉及一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置及方法。

背景技术

光纤后处理技术是扩大光纤应用范围、提升光纤品质属性和制备基于光纤的光子器件的重要技术来源。常见的后处理技术主要有光纤的抛磨和拉锥等，其中对光纤的抛磨可以制备D型光纤，而对光纤的拉锥则可以制备锥形光纤。目前针对这两类光纤的制备技术已经发展出不少，比如可以利用化学腐蚀法、激光刻蚀法、光纤固定式侧抛研磨法、光纤悬挂式侧抛研磨法、V型槽固定上研磨法以及光纤固定侧边磨石(砂)研磨法等来制备D型光纤，可以利用丙烷与氧气混合火焰加热或者氢气与氧气混合火焰加热熔融来进行牵引拉锥等。

这些现有技术虽然部分满足了D型光纤和锥形光纤的制备需求，但仍然存在着许多需要改进的地方，尤其是现在的科技发展日新月异，新的需求不断开拓、对制备的精度要求越来越高、对制备的多样化参数定制越来越苛刻，发展新的制备技术和制备方法成为必然。比如，现在大家对D型光纤和锥形光纤的研究基本都是独立开展的，但由于D型光纤具有大的倏逝场和大的偏振双折射特性，很适合在上面进行金属或者其他材料的镀膜，所以很适合做传感器或者滤波器使用；而锥形光纤因为锥区的存在导致纤芯有效模式面积降低和包层变薄，所以在非线性应用上比较常见，而在传感检测上也很有潜力。

那么如果将D型光纤和锥形光纤进行结合研究，充分发挥它们在传感和非线性上的应用也是一种很不错的研究思路，以往这方面研究较少的主要原因是当前技术无法实现对光纤既拉锥又抛磨，这方面的制备还未见报道，但目前已有不少小组正在做这方面的研究，这应该是一种发展趋势。

此外，当前对光纤拉锥的主要技术路线是首先是要对拉锥区进行加热熔融，然后对光纤施加牵引进行拉锥。目前对光纤加热主要采用可燃气体和氧气混合进行火焰加热的方法，该方法缺点是风险系数大、实验室环境要求高，火焰不同区域温度场差别大，尤其对微结构光纤加热很不实用，原因是其内空气孔的存在导致纤芯、包层区的气孔壁和空气孔等不同部位导热能力不一样，当用火焰进行加热时由于传热的不均匀，光纤内各部分的熔融状态不一致，很容易出现折断的情况，这是当前所面临的一个最棘手和尚未完全克服的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置及方法，通过法兰滑块的设计巧妙地解决了光纤和抛磨轮相对运动的问题，通过采用模块化的设计思想设计了电阻加热的部件，使得本发明既可以实施光纤的侧面抛磨又可以实施光纤拉锥，很好地解决了现有技术中存在的不足。

本发明提供了一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其包括平台主体、升降模块、光纤抛磨模块、光纤传动模块、实时监测模块、中心控制与通讯模块、夹具模块、光纤加热模块和光纤，所述升降模块的第一端和所述平台主体的下端固定连接，所述升降模块的第二端和所述光纤抛磨模块固定连接，所述光纤抛磨模块、所述光纤传动模块、所述实时监测模块和所述光纤加热模块位于所述平台主体上端的上表面，且所述光纤传动模块和所述光纤加热模块均位于所述光纤抛磨模块和所述实时监测模块之间，所述中心控制与通讯模块位于所述平台主体的一侧面，所述夹具模块位于所述光纤传动模块上。所述升降模块，其包括推杆控制器和推杆，所述推杆控制器的外壳和所述平台主体下端的上表面固定连接，所述推杆控制器的输出端和所述推杆的固定端连接，所述推杆的伸缩端和所述光纤抛磨模块驱动电机的外壳连接；所述光纤抛磨模块，其包括抛磨轮和驱动电机，所述驱动电机的输出端和所述抛磨轮连接。所述光纤传动模块，其包括第一法兰滑块、第二法兰滑块、第一步进电机、第二步进电机、长导轨、凹槽、挂钩、第一定滑轮、第二定滑轮、第一连接片、第二连接片、燕尾卡槽、牵引线和绕线环，所述长导轨的下表面和所述平台主体上端的上表面固定连接，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的长导轨安装槽分别与所述长导轨连接，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的上表面设有凹槽，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块中关于长导轨对称的两侧面设有燕尾卡槽，所述第一连接片和所述第二连接片分别通过连接片固定夹具与所述燕尾卡槽固定连接，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块中与牵引线连接的侧面设有挂钩，所述牵引线的第一端分别与所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的挂钩连接，所述牵引线的第二端分别通过所述第一定滑轮和所述第二定滑轮与所述绕线环的外径连接，所述绕线环的内径分别与所述第一步进电机和所述第二步进电机的输出轴连接。所述夹具模块，其包括光纤固定夹具和连接片固定夹具，所述光纤固定夹具由第一光纤固定夹具和第二光纤固定夹具组成，所述光纤的两端分别通过所述第一光纤固定夹具和所述第二光纤固定夹具与所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的凹槽固定连接；所述光纤加热模块，其包括第二加热块、第一加热块、第一半圆加热区、第二半圆加热区、连接片安装槽、长导轨安装槽、电阻导线和电阻丝，所述第二加热块和所述第一加热块的下表面设有长导轨安装槽，所述第二加热块和所述第一加热块中关于长导轨对称的外侧面设有连接片安装槽，所述第一半圆加热区和所述第二半圆加热区分别位于所述第一加热块和所述第二加热块内侧面的上端，所述电阻丝分别位于所述第一半圆加热区和所述第二半圆加热区内，所述电阻丝通过所述电阻导线和所述中心控制与通讯模块连接；所述实时监测模块通过导轨和所述平台主体的上表面固定连接。

可优选的是，所述光纤固定夹具，其包括压板、光纤固定夹具架、第一螺纹孔、第一固定螺丝、刻槽和凸起，所述光纤固定夹具架和所述法兰滑块固定连接，所述压板上的凸起和所述光纤固定夹具架的刻槽连接，所述第一螺纹孔位于所述光纤固定夹具架的上端，所述第一固定螺丝通过所述第一螺纹孔和所述压板连接。

可优选的是，所述连接片固定夹具，其包括连接片固定夹具架、第二螺纹孔和第二固定螺丝，所述连接片固定夹具位于所述燕尾卡槽的上方并和所述法兰滑块固定连接，所述第二螺纹孔位于所述连接片固定夹具架的上端，所述第二固定螺丝通过所述第二螺纹孔和所述连接片连接。

可优选的是，所述凹槽位于所述法兰滑块上表面的中间位置，且位于所述长导轨的几何中心正上方，所述光纤固定夹具位于所述凹槽的正上方。

可优选的是，所述光纤固定夹具架内的刻槽对称分布在所述光纤固定夹具架内侧的左右两边，所述压板的凸起对称分布在所述压板的两侧，所述压板的宽度要大于所述光纤的直径，所述压板的底部设有一层橡胶垫片。

可优选的是，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块间的光纤长度大于所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块间的距离，使光纤形成并保持一个弧形的操作态，让光纤在被操作时有一个弹性的回调空间，可有效降低光纤抛磨时的折断几率。

可优选的是，所述第一步进电机和所述第二步进电机关于所述长导轨在长度方向上的中心面对称分布，所述第一定滑轮和所述第二定滑轮关于所述长导轨在长度方向上的中心面对称分布，所述挂钩和所述牵引线关于所述长导轨在长度方向上的中心面对称分布，所述第一连接片和所述第二连接片关于所述长导轨在宽度方向上的中心面对称分布。

本发明的另一方面，提供一种制备D型光纤的工艺方法，其包括如下步骤：

S1、根据光纤抛磨长度加工的具体需求，调整第一连接片和第二连接片在法兰滑块上的固定位置，确保第一法兰滑块和第二法兰滑块间的抛磨工作区长短是否与光纤抛磨长度合适；

S2、将光纤的两端分别安装到第一法兰滑块和第二法兰滑块上；

S21、将位于第一法兰滑块上的第一光纤固定夹具的第一固定螺丝从第一螺纹孔中向上旋出；

S22、用手小心抬起压板，将光纤的第一端从压板下穿过去放置到凹槽中，再将压板小心放下；

S23、再用手从第一螺纹孔中向下旋进第一固定螺丝，一直至其抵触到压板上表面停止，此时完成将光纤的第一端固定到第一法兰滑块的凹槽内；

S24、重复步骤S21-S23，完成将光纤的第二端固定到第二法兰滑块的凹槽内；

S3、打开总控制开关，利用人机交互界面，输入放入抛磨工作区内的光纤的外径尺寸、需要抛磨掉的尺寸和光纤抛磨区的长度等数据，经中心控制与通讯模块中的中心控制插件计算后，生成执行指令并经通讯插件依次下发到各功能执行模块；

S31、下发指令到实时监测模块的通讯控制插件，查看实时监控的回传信号清晰程度，在监控器导轨上移动实时监控模块的摄像装置，来调整其位置使监控图像清晰；

S32、同时下发指令到升降模块的推杆控制器、光纤抛磨模块的驱动电机控制器以及光纤传动模块的步进电机控制器，执行相应的移动抛磨等工作；

S4、中心控制与通讯模块接收实时监测模块传来的实时监控信息并及时调整执行指令，选择光纤抛磨模块的适合工作频率，然后下发相关指令到升降模块、光纤抛磨模块和光纤传动模块进行对应动作；

S5、通过将所述实时监控模块获得的信息反馈到所述中心控制与通讯模块，并经与需求指令进行比对判断，来确定当前D型光纤制备所处的阶段；若判断制备已完成，则由中心控制与通讯模块以自动运行的方式自动生成结束指令并下发指令到各个模块停止工作；若判断制备未完成，则继续工作；

S6、通过对在光纤中，传输光的光功率来改变监测，来做出辅助判断；

S61、利用光纤熔接机将光纤的两端分别与光功率计和光源的尾纤进行熔接；

S62、在D型光纤的制备过程中通过不断地监测光功率的改变来辅助判断当前的光纤抛磨状态；

步骤S6可与S5同步执行，判断结果可互为参考；若选择S6作为判断制备终止的条件，则可以选择中心控制与通讯模块以手动运行模式继续进行抛磨，直至条件满足，再关闭各功能模块的运行；

S7、若抛磨仪由S5发出指令并停止运行，则小心将制备好的D型光纤从法兰滑块上取下来，即可完成全部制备工作；

S8、若抛磨仪由S6发出指令并停止运行，则首先要断开制备光纤与光源和光功率计的连接，然后再小心将制备好的D型光纤从法兰滑块上取下来，即可完成全部制备工作。

本发明的另一方面，提供一种制备锥形光纤的工艺方法，其包括如下步骤：

S1、将已经通过第一连接片和第二连接片固定到一起的两个法兰滑块沿长导轨向一侧移动，使得两个法兰滑块间的光纤操作工作区的中心偏离抛磨轮的正下方；

S2、将固定靠近光纤研磨模块一侧的第二连接片的两个连接片固定夹具打开，将第二连接片从法兰滑块上的燕尾卡槽中抽出来，第一连接片保持固定不变；

S3、将第二加热块沿与长导轨垂直的方向，从光纤研磨模块一侧向实时监测模块一侧进行平推移动，直至第二加热块下端的长导轨安装槽与长导轨紧贴；接着将第二连接片依次安装于第一法兰滑块的燕尾卡槽、第二加热块的连接片安装槽和第二法兰滑块的燕尾卡槽中，然后利用法兰滑块一上的连接片固定夹具对第二连接片进行固定，安装过程中，法兰滑块一上的连接片固定夹具保持松开状态，最终将第二加热模块安装并固定；

S4、重复步骤S2和S3，将第一加热块安装并固定；

S5、中心控制与通讯模块向光纤加热模块的电阻丝发送电流控制信号进行通电加热，待光纤加热到熔融状态后，中心控制与通讯模块向第一和第二步进电机的控制器发送控制信号，控制第二步进电机保持不动，控制第一步进电机旋转并通过牵引线牵引第一法兰模块移动，进而转化为对光纤的牵引力，在牵引力作用下，直至光纤拉锥的进程完成；

S6、若需要进一步对锥形光纤进行侧面抛磨，则可以在S5完成后，重复权利要求8的操作，实现对光纤的先拉锥后抛磨处理；

S7、在以上操作完成之后，关闭机器并取出锥形光纤或锥形抛磨光纤，即已完成了全部制备工作。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、一体机结构，设计简单但稳定性和可靠性强。长导轨的设计保证了法兰滑块在移动时的稳定性，进而保证了光纤在抛磨过程中的稳定性，从而保障了高品质光纤抛磨的加工过程。

2、通过法兰滑块的设计巧妙地解决了光纤和抛磨轮左右相对移动的问题，并且抛磨轮固定不动、由法兰滑块的左右移动来带动光纤的左右移动，这种机构的设计对吸能减震，提高制备精度更加具有创造性和有效性，且光纤的抛磨范围选择性更高。

3、利用两个步进电机的转速可控、转向可控可以很灵活地实现对光纤左右往复移动的精准控制；同时通过精确受控的步进电机带动来实施光纤的往复移动、通过高精度电动推杆系统来实施光纤抛磨轮的上下位置调整，圆满实施并精确控制了对光纤的抛光深度和抛光长度参数。

4、制备中通过采用光学监测和光功率监测的方法来实时监测制备进程，实时监测控制手段更加多样和高效。

5、本发明的结构设计采用了模块化的思想，很好地解决了功能扩充问题，通过设计可拆卸式的加热模块，使得本发明具有了一体机的特性。电阻式加热会使得光纤受热均匀，避免因截面上各位置受热不匀而导致光纤拉断的情况出现，且可以通过调整电阻丝的密度、粗细及分布区域来灵活适配对不同拉锥长度的需求。

附图说明

图1为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的总体结构正面示意图；

图2为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的总体结构背面示意图；

图3为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤抛磨模块和光纤传动模块的第一局部结构示意图；

图4为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤抛磨模块和光纤传动模块的第二局部结构示意图；

图5为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤固定夹具的结构示意图；

图6为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的连接片固定夹具的结构示意图；

图7为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤加热模块的结构示意图；

图8为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置的光纤加热模块的内部细节结构示意图；以及

图9为本发明制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的方法的工艺流程示意图。

主要附图标记：

平台主体1，升降模块2，光纤抛磨模块3，抛磨轮4，驱动电机5，光纤传动模块6，第一法兰滑块7，第二法兰滑块8，第一步进电机9，第二步进电机10，长导轨11，第一定滑轮12，第二定滑轮13，第一连接片14，第二连接片15，牵引线16，实时监测模块17，中心控制与通讯模块18，第一光纤固定夹具19，第二光纤固定夹具20，连接片固定夹具21，光纤22，压板23，光纤固定夹具架24，第一螺纹孔25，第一固定螺丝26，燕尾卡槽27，连接片固定夹具架28，第二螺纹孔29，第二固定螺丝30，刻槽31，导轨33，挂钩37，第二加热块40，第一加热块41，第一半圆加热区42，第二半圆加热区43，电阻导线44，连接片安装槽45，长导轨安装槽46，电阻丝47，光纤加热模块48，推杆控制器59，推杆60，凸起63，凹槽65，绕线环77。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，如图1所示，其包括平台主体1、升降模块2、光纤抛磨模块3、光纤传动模块6、实时监测模块17、中心控制与通讯模块18、夹具模块、光纤加热模块48和光纤22。光纤抛磨模块3、光纤传动模块6、光纤加热模块48、实时监测模块17与升降模块2借助于中心控制与通讯模块18实施协调并相互配合来共同完成对光纤22的抛磨作业。光纤加热模块48利用电阻丝47对光纤进行加热，利用单侧的步进电机的受控转动来实现对光纤22的拉锥作业。

如图2所示，升降模块2的第一端和平台主体1的下端固定连接，升降模块2的第二端和光纤抛磨模块3固定连接，光纤抛磨模块3、光纤传动模块6、实时监测模块17和光纤加热模块48位于平台主体1上端的上表面，且光纤传动模块6和光纤加热模块48均位于光纤抛磨模块3和实时监测模块17之间，中心控制与通讯模块18位于平台主体1的一侧面，夹具模块位于光纤传动模块6上。平台主体1是整个仪器的支架，用于抛磨仪器上其他模块的物理结构的固定与连接。

中心控制与通讯模块18用来接收操作人员的制备要求并生成相应的执行指令，中心控制与通讯模块18接收实时监测模块17传来的实时监控信息并及时调整执行指令，中心控制与通讯模块18将指令实时下发到升降模块2的推杆控制器59、光纤抛磨模块3的驱动电机5的控制器、光纤传动模块6的步进电机控制器和实时监测模块17的通讯控制插件，进而实现对光纤抛磨进程的全程把控。中心控制与通讯模块18用来实现对D形光纤制备流程的结束判断，并下发指令停止工作。中心控制与通讯模块18对抛磨仪运行的结束程序可以选择手动运行模式或自动运行模式中的任意一种发出。

升降模块2，如图2所示，其包括推杆控制器59和推杆60，推杆控制器59的外壳和平台主体1下端的上表面固定连接，推杆控制器59的输出端和推杆60的固定端连接，推杆60的伸缩端和光纤抛磨模块3的驱动电机5的外壳连接；推杆60用来精确控制抛磨轮4的高度，推杆控制器59用于接收中心控制及通讯模块18的指令，实现推杆60相应的操作。光纤抛磨模块3，其包括抛磨轮4和驱动电机5，驱动电机5的输出端和抛磨轮4连接；驱动电机5的控制器用来接收中心控制与通讯模块18的指令，进而控制驱动电机5运行时的工作频率。

光纤传动模块6，如图3所示，其包括第一法兰滑块7、第二法兰滑块8、第一步进电机9、第二步进电机10、长导轨11、凹槽65、挂钩37、第一定滑轮12、第二定滑轮13、第一连接片14、第二连接片15、燕尾卡槽27、牵引线16和绕线环77。

如图4所示，长导轨11的下表面和平台主体1上端的上表面固定连接，第一法兰滑块7和第二法兰滑块8的长导轨安装槽46分别与长导轨11连接，第一法兰滑块7和第二法兰滑块8的上表面设有凹槽65，第一法兰滑块7和第二法兰滑块8中关于长导轨对称的两侧面设有燕尾卡槽27，第一连接片14和第二连接片15的外形为燕尾状，第一连接片14和第二连接片15分别通过连接片固定夹具21与燕尾卡槽27固定连接，第一法兰滑块7和第二法兰滑块8中与牵引线16连接的侧面设有挂钩37，牵引线16的第一端分别与第一法兰滑块7和第二法兰滑块8的挂钩37连接，牵引线16的第二端分别通过第一定滑轮12和第二定滑轮13与绕线环77的外径连接，绕线环77的内径分别与第一步进电机9和第二步进电机10的输出轴连接。

法兰滑块可以在牵引线16的牵引作用下在长导轨11上进行平滑移动；两个细长的连接片将法兰滑块连接到一起，连接片的两端要分别固定于法兰滑块的外侧，以保证法兰滑块在长导轨11上进行同步移动，且在滑动中保证法兰滑块之间的距离始终保持不变。

步进电机通过其控制器来实现受控转动，进而通过牵引线16的牵引来实现对法兰滑块的移动控制，进一步实现对光纤22的抛磨位置的改变；牵引线16通过定滑轮将竖直方向上的牵引力改变为水平方向上的牵引力。

绕线环用来在步进电机转动时对牵引线16进行收、放线操作，并且在步进电机停转状态下两条牵引线16均应处于绷紧状态。特别地，工作时中心控制与通讯模块18对两个步进电机控制器的操作控制信号要完全同步下发，并且两个步进电机在同一时刻的转向状态是逆向同速旋转。在两个步进电机处于工作状态时其上面安装的两个绕线环77总是分别同时处于收线或放线的不同状态，从而保证两个电机对两个法兰滑块组合体牵引的步调一致，进而保证对光纤抛磨区域的准确选定。

夹具模块，其包括光纤固定夹具和连接片固定夹具21，光纤固定夹具包括第一光纤固定夹具19和第二光纤固定夹具20，光纤22的两端分别通过第一光纤固定夹具19和第二光纤固定夹具20与第一法兰滑块7和第二法兰滑块8的凹槽固定连接。

光纤固定夹具，如图5所示，其包括压板23、光纤固定夹具架24、第一螺纹孔25、第一固定螺丝26、刻槽31和凸起63。光纤固定夹具架24和法兰滑块固定连接，压板23上的凸起63和光纤固定夹具架24的刻槽31连接，第一螺纹孔25位于光纤固定夹具架24的上端，第一固定螺丝26通过第一螺纹孔25和压板23连接。

光纤固定夹具架24内的刻槽31对称分布在光纤固定夹具架24内侧的左右两边，压板23的凸起对称分布在压板23的两侧，压板23的宽度要大于光纤22的直径，压板23的底部设有一层橡胶垫片。

连接片固定夹具21，如图6所示，其包括连接片固定夹具架28、第二螺纹孔29和第二固定螺丝30，第二螺纹孔29位于连接片固定夹具架28的上端，第二固定螺丝30通过第二螺纹孔29和连接片连接。连接片固定夹具21位于法兰滑块两侧的燕尾卡槽27的上方，并和法兰滑块固定连接，当两个法兰滑块左右两侧的四个连接片固定夹具21均处于固定状态时既实现了对抛磨工作区的设定准备工作。抛磨工作区的大小可根据D型光纤抛磨长度的制备需求来灵活调整和设置。根据法兰滑块与连接片间的连接状态和连接片固定夹具21与连接片间的锁定位置不同可实现对抛磨工作区的大小调整。

光纤加热模块48，如图7所示，其包括第二加热块40、第一加热块41、第一半圆加热区42、第二半圆加热区43、连接片安装槽45、长导轨安装槽46、电阻导线44和电阻丝47。第二加热块40和第一加热块41的下表面设有长导轨安装槽46，第二加热块40和第一加热块41中关于长导轨11对称的外侧面设有连接片安装槽45，第一半圆加热区42和第二半圆加热区43分别位于第一加热块41和第二加热块40内侧面的上端，如图8所示，电阻丝47分别位于第一半圆加热区42和第二半圆加热区43内，电阻丝47通过电阻导线44和中心控制与通讯模块18连接。

第二加热块40和第一加热块41的结构呈镜像关系，其相同部位的结构参数完全相同。半圆加热区内部安装有电阻丝47，电阻丝47与半圆加热区内壁贴合且其固定区域的弧度略小于π，以保证在圆形加热区内的电阻丝47不形成接触。圆形加热区的轴线位置与光纤22等高；光纤加热模块48的宽度与法兰模块相同，电阻丝47的粗细、长短和排列密度等都可以根据光纤加热区域的大小和进行调整。

实时监测模块17通过导轨33和平台主体1的上表面固定连接，实时监测模块17设置有摄像插件和通讯控制插件，摄像插件与中心控制与通讯模块18连接，摄像插件采集光纤抛磨情况信息，并将图像信息反馈回中心控制与通讯模块18。根据工作要求和现时状况，中心控制与通讯模块18将根据图像深度信息对升降模块2的推杆控制器59发出实时的指令，通过设置推杆60的下降速度、下降高度并进行过程控制来实现对光纤抛磨轮4位置的精准控制；通过同步下发指令到光纤抛磨模块3的驱动电机5的控制器来改变光纤抛磨轮4转动的工作频率进而实现对光纤抛磨精细度和抛磨进程的控制。同时，中心控制与通讯模块18根据图像长度信息对光纤传动模块6的两个步进电机控制器发出实时指令，根据工作要求控制光纤22沿长导轨11方向前后反复移动，从而实现对抛磨长度的控制。摄像插件正对光纤研磨区安装，并通过导轨33实现其相对于光纤抛磨模块的前后位置调整，用来实现其高清成像位置与操作光纤需监控位置间的精确适配。

如图5所示，凹槽65位于法兰滑块上表面的中间位置，且位于长导轨11的几何中心正上方，光纤固定夹具位于凹槽65的正上方。

第一法兰滑块7和第二法兰滑块8间的光纤22的长度大于第一法兰滑块7和第二法兰滑块8间的距离，使光纤22形成并保持一个弧形的操作态，让光纤22在被操作时有一个弹性的回调空间，可有效降低光纤22抛磨时的折断几率。

第一步进电机9和第二步进电机10关于长导轨11在长度方向上的中心面对称分布，第一定滑轮12和第二定滑轮13关于长导轨11在长度方向上的中心面对称分布，挂钩37和牵引线16关于长导轨在长度方向上的中心面对称分布，第一连接片14和第二连接片15关于长导轨11在宽度方向上的中心面对称分布。

光纤抛磨模块3的工作频率设有上、中和下三档，可以根据光纤22的实际尺寸及规格等来优化转速的选择，防止因转速不合适而可能造成的光纤22意外折损，同时中、高档频率的设置更加有利于抛磨轮对光纤22的研磨，可以降低抛磨的工作时间；低档频率的设计更加有利于对研磨面的抛光处理，可以增强光纤侧面抛光面的抛磨平整度。

光纤固定夹具和凹槽65的设计充分考虑了对不同尺寸光纤22的适配性、对光纤22固定的牢靠性以及对光纤22防断裂的保护性。连接片的燕尾状设计以及与连接片固定夹具的配合，很好地解决了法兰滑块和光纤加热模块相互间的组合灵活性、结构稳定性以及后期可调性。

当对本发明的结构进行相应的组装时，首先将升降模块2的第一端和平台主体1的下端固定连接，将升降模块2的第二端和光纤抛磨模块3固定连接；然后将光纤抛磨模块3、光纤传动模块6、实时监测模块17和光纤加热模块48位于平台主体1上端的上表面，且光纤传动模块6和光纤加热模块48均位于光纤抛磨模块3和实时监测模块17之间，光纤加热模块48可以选择性地添加或去掉；最后，将中心控制与通讯模块18位于平台主体1的一侧面，夹具模块位于光纤传动模块6上。根据光纤22具体的实际制备要求来选择不同的制备方法。

图9示意了所发明的一体化装置的工作流程，并具体说明了制备D型和锥形光纤的工艺方法：

首先，通过人机交互将制备需求和工作参数输入到中心控制与通讯模块18进行信息处理，处理后生成并发出控制信号，然后将执行指令按控制流程的先后按需传送给实时监测模块17、光纤抛磨模块3、升降模块2、光纤传动模块6和光纤加热模块48等模块。

得到指令后实时监测模块17开始对D形光纤以及锥形光纤的制备过程进行监控并将采集到的信号实时回传回中心控制与通讯模块18，中心控制与通讯模块18对原执行指令进行修正并生成新的指令重新下发到各功能执行模块。其中，光纤抛磨模块3执行指令控制光纤抛磨轮的旋转频率，升降模块2执行指令控制升降台的升降，实现对光纤抛磨轮所在位置的精确控制，这两个模块共同完成对光纤抛磨深度的精确控制。光纤传动模块6执行指令控制两个步进电机的旋转运动，进而控制光纤改变其相对抛磨轮的抛磨位置，以此来完成对光纤抛磨长度的精确控制。

光纤抛磨模块3、升降模块2及光纤传动模块6共同完成D形光纤的抛磨制备。其中，光纤传动模块6执行指令并控制未锁定法兰滑块一侧的步进电机的旋转运动，进而实现对光纤的牵引拉锥，以此完成对光纤牵引拉锥的精确控制。光纤加热模块48执行指令并控制加热电阻的加热和切断，完成对光纤拉锥区域加热的精确控制。光纤传动模块6和光纤加热模块48共同实施对锥形光纤的拉锥制备。

结合图9中示意的对光纤进行抛磨和拉锥的工艺方法，本发明既可以对光纤实施抛磨制备D型光纤，又可以对光纤加热拉锥制备锥形光纤，还可以先抛磨制成D型光纤再对D型光纤进行拉锥形成具有独特结构的新型拉锥型D型光纤，又可以先拉锥再抛磨制备新型的D型同时具有锥形区的光纤。具体地：

以下结合实施例对本发明一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置及方法做进一步描述：

实施例一：基于一体化装置的制备D型光纤的工艺方法，其包括如下步骤：

S1、根据光纤22的抛磨长度加工的具体需求，调整第一连接片14和第二连接片15在法兰滑块上的固定位置，确保第一法兰滑块7和第二法兰滑块8间的抛磨工作区长短是否与光纤22需要抛磨的长度合适；

S2、将光纤22的两端分别安装到第一法兰滑块7和第二法兰滑块8上；

S21、将位于第一法兰滑块7上的第一光纤固定夹具19的第一固定螺丝26从第一螺纹孔25中向上旋出；

S22、用手小心抬起压板23，将光纤22的第一端从压板23下穿过去放置到凹槽65中，再将压板23小心放下；

S23、再用手从第一螺纹孔25中向下旋进第一固定螺丝26，一直至其抵触到压板23的上表面停止，此时完成将光纤22的第一端固定到第一法兰滑块7的凹槽65内；

S24、将位于第二法兰滑块8上的第二光纤固定夹具20的第一固定螺丝26从第一螺纹孔25中向上旋出；用手小心抬起压板23，将光纤22的第二端从压板23下穿过去放置到凹槽65中，再将压板23小心放下；再用手从第一螺纹孔25中向下旋进第一固定螺丝26，一直至其抵触到压板23的上表面停止，此时完成将光纤22的第二端固定到第二法兰滑块8的凹槽65内；

S3、打开总控制开关，利用人机交互界面，输入放入抛磨工作区内的光纤22的外径尺寸、需要抛磨掉的尺寸和光纤抛磨区的长度等数据，经中心控制与通讯模块18中的中心控制插件计算后，生成执行指令并经通讯插件依次下发到各功能执行模块。光纤22抛磨情况信息为平台主体1上位于两法兰滑块间的光纤被抛磨区域的长度信息和深度信息；长度信息为光纤22被抛磨为D型区域的长度，深度信息为光纤22被抛磨掉部分的厚度；

S31、下发指令到实时监测模块17的通讯控制插件，查看实时监控的回传信号清晰程度，在监控器导轨上移动实时监控模块17的摄像装置，来调整其位置使监控图像清晰；

S32、同时下发指令到升降模块2的推杆控制器59、光纤抛磨模块3的驱动电机5的控制器以及光纤传动模块6的步进电机的控制器，执行相应的移动抛磨等工作；

S4、中心控制与通讯模块18接收实时监测模块17传来的实时监控信息并及时调整执行指令，选择光纤抛磨模块3的适合工作频率，然后下发相关指令到升降模块2、光纤抛磨模块3和光纤传动模块6进行对应动作；

S5、通过将实时监控模块17获得的信息反馈到中心控制与通讯模块18，并经与需求指令进行比对判断，来确定当前D型光纤制备所处的阶段；若判断制备已完成，则由中心控制与通讯模块18以自动运行的方式自动生成结束指令并下发指令到各个模块停止工作；若判断制备未完成，则继续工作；

S6、通过对在光纤中传输的光的透射光功率的变化进行监测，来对光纤的抛磨状态做出判断；

S61、利用光纤熔接机将光纤22的两端分别与光功率计和光源的尾纤进行熔接；

S62、在D型光纤的制备过程中通过不断地监测光功率的改变来判断当前的光纤抛磨状态；

本步骤S6可与S5同步执行，判断结果可互为参考；若选择S6作为判断制备终止的条件，则可以选择中心控制与通讯模块18以手动运行模式继续进行抛磨，直至条件满足，再关闭各功能模块的运行；

S7、若抛磨仪由S5发出指令并停止运行，则小心将制备好的D型光纤从法兰滑块上取下来，即可完成全部制备工作；

若抛磨仪由S6发出指令并停止运行，则首先要断开制备光纤与光源和光功率计的连接，然后再小心将制备好的D型光纤从法兰滑块上取下来，即可完成全部制备工作。

实施例二：基于一体化装置的制备锥形光纤的工艺方法，其包括如下步骤：

S1、将已经通过第一连接片14和第二连接片15固定到一起的两个法兰滑块沿长导轨11向一侧移动，使得两个法兰滑块间的光纤22操作工作区的中心偏离抛磨轮3的正下方；

S2、将固定靠近光纤研磨模块3一侧的第二连接片15的两个连接片固定夹具21打开，将第二连接片15从法兰滑块上的燕尾卡槽27中抽出来，第一连接片14保持固定不变；

S3、将第二加热块40沿与长导轨11垂直的方向，从光纤研磨模块3一侧向实时监测模块17一侧进行平推移动，直至第二加热块40下端的长导轨安装槽46与长导轨11紧贴；接着将第二连接片15依次安装于第一法兰滑块7的燕尾卡槽27、第二加热块40的连接片安装槽45和第二法兰滑块8的燕尾卡槽27中，然后利用第一法兰滑块7上的连接片固定夹具21对第二连接片15进行固定，安装过程中，法兰滑块上的连接片固定夹具21保持松开状态，最终将第二加热模块40安装并固定；

S4、将固定靠近实时监测模块17一侧的第一连接片14的两个连接片固定夹具21打开，将第一连接片14从法兰滑块上的燕尾卡槽27中抽出来，第二连接片15保持固定不变；将第一加热块41沿与长导轨11垂直的方向，从实时监测模块17一侧向光纤抛磨模块3一侧进行平推移动，直至第一加热块41下端的长导轨安装槽46与长导轨11紧贴；接着将第一连接片14依次安装于第一法兰滑块7的燕尾卡槽27、第一加热块41的连接片安装槽45和第二法兰滑块8的燕尾卡槽27中，然后利用连接片固定夹具21对第一连接片14进行固定，安装过程中，法兰滑块上的连接片固定夹具21保持松开状态，最终将第一加热块41安装并固定；

S5、中心控制与通讯模块18向光纤加热模块48的电阻丝47发送电流控制信号进行通电加热，待光纤加热到熔融状态后，中心控制与通讯模块18向第一步进电机9和第二步进电机10的控制器发送控制信号，控制第二步进电机10保持不动，控制第一步进电机9旋转并通过牵引线16牵引第一法兰模块7移动，进而转化为对光纤22的牵引力，在牵引力作用下，直至光纤22拉锥的进程完成；

S6、若需要进一步对锥形光纤进行侧面抛磨，则可以在S5完成后重复实施例一的操作，实现对锥形光纤的抛磨处理。

S7、在以上操作完成之后，关闭机器并取出锥形光纤或锥形抛磨光纤，即已完成了全部制备工作。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其包括平台主体、升降模块、光纤抛磨模块、光纤传动模块、实时监测模块、中心控制与通讯模块、夹具模块、光纤加热模块和光纤，所述升降模块的第一端和所述平台主体的下端固定连接，所述升降模块的第二端和所述光纤抛磨模块固定连接，所述光纤抛磨模块、所述光纤传动模块、所述实时监测模块和所述光纤加热模块位于所述平台主体上端的上表面，且所述光纤传动模块和所述光纤加热模块均位于所述光纤抛磨模块和所述实时监测模块之间，所述中心控制与通讯模块位于所述平台主体的一侧面，所述夹具模块位于所述光纤传动模块上，其特征在于，

所述升降模块，其包括推杆控制器和推杆，所述推杆控制器的外壳和所述平台主体下端的上表面固定连接，所述推杆控制器的输出端和所述推杆的固定端连接，所述推杆的伸缩端和所述光纤抛磨模块驱动电机的外壳连接；所述光纤抛磨模块，其包括抛磨轮和驱动电机，所述驱动电机的输出端和所述抛磨轮连接；

所述光纤传动模块，其包括第一法兰滑块、第二法兰滑块、第一步进电机、第二步进电机、长导轨、凹槽、挂钩、第一定滑轮、第二定滑轮、第一连接片、第二连接片、燕尾卡槽、牵引线和绕线环，所述长导轨的下表面和所述平台主体上端的上表面固定连接，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的长导轨安装槽分别与所述长导轨连接，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的上表面设有凹槽，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块中关于长导轨对称的两侧面设有燕尾卡槽，所述第一连接片和所述第二连接片分别通过连接片固定夹具与所述燕尾卡槽固定连接，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块中与牵引线连接的侧面设有挂钩，所述牵引线的第一端分别与所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的挂钩连接，所述牵引线的第二端分别通过所述第一定滑轮和所述第二定滑轮与所述绕线环的外径连接，所述绕线环的内径分别与所述第一步进电机和所述第二步进电机的输出轴连接；以及

所述夹具模块，其包括光纤固定夹具和连接片固定夹具，所述光纤固定夹具由第一光纤固定夹具和第二光纤固定夹具组成，所述光纤的两端分别通过所述第一光纤固定夹具和所述第二光纤固定夹具与所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块的凹槽固定连接；所述光纤加热模块，其包括第二加热块、第一加热块、第一半圆加热区、第二半圆加热区、连接片安装槽、长导轨安装槽、电阻导线和电阻丝，所述第二加热块和所述第一加热块的下表面设有长导轨安装槽，所述第二加热块和所述第一加热块中关于长导轨对称的外侧面设有连接片安装槽，所述第一半圆加热区和所述第二半圆加热区分别位于所述第一加热块和所述第二加热块内侧面的上端，所述电阻丝分别位于所述第一半圆加热区和所述第二半圆加热区内，所述电阻丝通过所述电阻导线和所述中心控制与通讯模块连接；所述实时监测模块通过导轨和所述平台主体的上表面固定连接。

2.根据权利要求1所述的制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其特征在于，所述光纤固定夹具，其包括压板、光纤固定夹具架、第一螺纹孔、第一固定螺丝、刻槽和凸起，所述光纤固定夹具架和所述法兰滑块固定连接，所述压板上的凸起和所述光纤固定夹具架的刻槽连接，所述第一螺纹孔位于所述光纤固定夹具架的上端，所述第一固定螺丝通过所述第一螺纹孔和所述压板连接。

3.根据权利要求1所述的制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其特征在于，所述连接片固定夹具，其包括连接片固定夹具架、第二螺纹孔和第二固定螺丝，所述连接片固定夹具位于所述燕尾卡槽的上方并和所述法兰滑块固定连接，所述第二螺纹孔位于所述连接片固定夹具架的上端，所述第二固定螺丝通过所述第二螺纹孔和所述连接片连接。

4.根据权利要求1或者2所述的制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其特征在于，所述凹槽位于所述法兰滑块上表面的中间位置，且位于所述长导轨的几何中心正上方，所述光纤固定夹具位于所述凹槽的正上方。

5.根据权利要求2所述的制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其特征在于，所述光纤固定夹具架内的刻槽对称分布在所述光纤固定夹具架内侧的左右两边，所述压板的凸起对称分布在所述压板的两侧，所述压板的宽度要大于所述光纤的直径，所述压板的底部设有一层橡胶垫片。

6.根据权利要求1所述的制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其特征在于，所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块间的光纤长度大于所述第一法兰滑块和所述第二法兰滑块间的距离，使光纤形成并保持一个弧形的操作态，让光纤在被操作时有一个弹性的回调空间，可有效降低光纤抛磨时的折断几率。

7.根据权利要求1所述的制备D型和锥形光纤的集抛磨和拉锥于一体的装置，其特征在于，所述第一步进电机和所述第二步进电机关于所述长导轨在长度方向上的中心面对称分布，所述第一定滑轮和所述第二定滑轮关于所述长导轨在长度方向上的中心面对称分布，所述挂钩和所述牵引线关于所述长导轨在长度方向上的中心面对称分布，所述第一连接片和所述第二连接片关于所述长导轨在宽度方向上的中心面对称分布。

8.一种配合权利要求1-7中任一项所述的集抛磨和拉锥于一体的装置去实现对光纤抛磨来制备D型光纤的工艺方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、根据光纤抛磨长度加工的具体需求，调整第一连接片和第二连接片在法兰滑块上的固定位置，确保第一法兰滑块和第二法兰滑块间的抛磨工作区长短是否与光纤抛磨长度合适；

S2、将光纤的两端分别安装到第一法兰滑块和第二法兰滑块上；

S21、将位于第一法兰滑块上的第一光纤固定夹具的第一固定螺丝从第一螺纹孔中向上旋出；

S22、用手小心抬起压板，将光纤的第一端从压板下穿过去放置到凹槽中，再将压板小心放下；

S23、再用手从第一螺纹孔中向下旋进第一固定螺丝，一直至其抵触到压板上表面停止，此时完成将光纤的第一端固定到第一法兰滑块的凹槽内；

S24、重复步骤S21-S23，完成将光纤的第二端固定到第二法兰滑块的凹槽内；

S3、打开总控制开关，利用人机交互界面，输入放入抛磨工作区内的光纤的外径尺寸、需要抛磨掉的尺寸和光纤抛磨区的长度，经中心控制与通讯模块中的中心控制插件计算后，生成执行指令并经通讯插件依次下发到各功能执行模块；

S31、下发指令到实时监测模块的通讯控制插件，查看实时监控的回传信号清晰程度，在监控器导轨上移动实时监控模块的摄像装置，来调整其位置使监控图像清晰；

S32、同时下发指令到升降模块的推杆控制器、光纤抛磨模块的驱动电机控制器以及光纤传动模块的步进电机控制器，执行相应的移动抛磨；

S4、中心控制与通讯模块接收实时监测模块传来的实时监控信息并及时调整执行指令，选择光纤抛磨模块的适合工作频率，然后下发相关指令到升降模块、光纤抛磨模块和光纤传动模块进行对应动作；

S5、通过将所述实时监控模块获得的信息反馈到所述中心控制与通讯模块，并经与需求指令进行比对判断，来确定当前D型光纤制备所处的阶段；若判断制备已完成，则由中心控制与通讯模块以自动运行的方式自动生成结束指令并下发指令到各个模块停止工作；若判断制备未完成，则继续工作；

S6、通过对在光纤中，传输光的光功率来改变监测，来做出辅助判断；

S61、利用光纤熔接机将光纤的两端分别与光功率计和光源的尾纤进行熔接；

S62、在D型光纤的制备过程中通过不断地监测光功率的改变来辅助判断当前的光纤抛磨状态；

步骤S6可与S5同步执行，判断结果可互为参考；若选择S6作为判断制备终止的条件，则可以选择中心控制与通讯模块以手动运行模式继续进行抛磨，直至条件满足，再关闭各功能模块的运行；

S7、若抛磨仪由S5发出指令并停止运行，则小心将制备好的D型光纤从法兰滑块上取下来，即可完成全部制备工作；

S8、若抛磨仪由S6发出指令并停止运行，则首先要断开制备光纤与光源和光功率计的连接，然后再小心将制备好的D型光纤从法兰滑块上取下来，即可完成全部制备工作。

9.一种配合权利要求1-7中任一项所述的集抛磨和拉锥于一体的装置去实现对光纤拉锥来制备锥形光纤的工艺方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、将已经通过第一连接片和第二连接片固定到一起的两个法兰滑块沿长导轨向一侧移动，使得两个法兰滑块间的光纤操作工作区的中心偏离抛磨轮的正下方；

S2、将固定靠近光纤研磨模块一侧的第二连接片的两个连接片固定夹具打开，将第二连接片从法兰滑块上的燕尾卡槽中抽出来，第一连接片保持固定不变；

S3、将第二加热块沿与长导轨垂直的方向，从光纤研磨模块一侧向实时监测模块一侧进行平推移动，直至第二加热块下端的长导轨安装槽与长导轨紧贴；接着将第二连接片依次安装于第一法兰滑块的燕尾卡槽、第二加热块的连接片安装槽和第二法兰滑块的燕尾卡槽中，然后利用第一法兰滑块上的连接片固定夹具对第二连接片进行固定，安装过程中，第一法兰滑块上的连接片固定夹具保持松开状态，最终将第二加热块安装并固定；

S4、重复步骤S2和S3，将第一加热块安装并固定；

S5、中心控制与通讯模块向光纤加热模块的电阻丝发送电流控制信号进行通电加热，待光纤加热到熔融状态后，中心控制与通讯模块向第一和第二步进电机的控制器发送控制信号，控制第二步进电机保持不动，控制第一步进电机旋转并通过牵引线牵引第一法兰模块移动，进而转化为对光纤的牵引力，在牵引力作用下，直至光纤拉锥的进程完成；

S6、若需要进一步对锥形光纤进行侧面抛磨，则可以在S5完成后，使用集抛磨和拉锥于一体的装置对光纤进行抛磨，实现对光纤的先拉锥后抛磨处理；

S7、在以上操作完成之后，关闭机器并取出锥形光纤或锥形抛磨光纤，即已完成了全部制备工作。

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