CN111777324A - 加热炉、光纤拉锥的方法及由该方法制备的产品及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的在于提供一种加热炉、光纤拉锥的方法及由该方法制备的产品及其应用。加热炉包括外炉和内炉，所述内炉包括：加热元件，其结构为两端敞口的筒状中空体，以中轴线处于水平方向设置于外炉中部；加热元件至少包括两个可相对运动的加热棒；传动机构，连接所述加热元件，用于控制所述加热元件沿垂直于中轴线的方向运动；陶瓷连接件，分别连接加热元件和传动机构；加热元件运动时，其中轴线位置保持不变；两个加热棒对称设置，运动速度相等，运动方向相反，与所述的中轴线之间的距离相等。所要解决的技术问题是在光纤拉锥过程中，使处于环形温度场中的光纤温度持续稳定，以制造出长径比更小、锥比更大的光纤产品，从而更加适于实用。

Description

加热炉、光纤拉锥的方法及由该方法制备的产品及其应用

技术领域

本发明属于光学纤维制品的热加工技术领域，特别涉及一种加热炉、光纤拉锥的方法及由该方法制备的产品及其应用。

背景技术

现有技术中光纤光锥的拉制是将光纤毛坯置于具有中心区温度高，两端温度低的梯形温度场的加热炉内，再采用机械装置夹持毛坯两端部，待毛坯中段软化后，向两端部拉伸而在中间部位形成锥形。在光纤拉锥的加工过程中，用于加热光纤中间部位的加热炉均采用环形加热带式的内炉，可以从加热炉的各个方向向置于环形加热带中间部位的光纤集中加热，使拉锥区的光纤温度高于两边的光纤温度而将该拉锥区制成锥形光纤。由于光纤制品多为小尺寸工件，因此采用的加热炉要求具备小直径和高功率的特点。

随着夜视技术的发展，现有技术对光学纤维制品提出了更高的技术要求：一方面要求光纤热变形区的长径比更小，例如，常规光纤倒像器的长径比一般在1.0左右，目前特殊型号的光纤倒像器则提出长径比0.5这一极限值；另一方面要求光纤热变形区的锥比更大，例如，常规纤维光锥的锥比一般在1.0左右，目前特殊型号的纤维光锥的锥比要求已达到3.0以上甚至更高。

现有技术的加热炉及光纤拉锥方法难以实现长径比小、锥比大的产品的制造。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种加热炉、光纤拉锥的方法及由该方法制备的产品及其应用，所要解决的技术问题是在光纤拉锥过程中，使处于环形温度场中的光纤温度持续稳定，以制造出长径比更小、锥比更大的光纤产品，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种加热炉，包括外炉和设置于所述外炉内部的内炉，所述内炉包括：

加热元件，其结构为两端敞口的筒状中空体，以中轴线处于水平方向设置于所述外炉的中部；所述的加热元件至少包括两个可相对运动的加热棒；

传动机构，连接所述的加热元件，用于控制所述的加热元件沿垂直于中轴线的方向运动；

陶瓷连接件，分别连接所述的加热元件和所述的传动机构，使所述的加热元件和所述的传动机构绝缘；

所述的加热元件运动时，其中轴线位置保持不变；两个所述的加热棒对称设置，运动速度相等，运动方向相反，所述的加热棒与所述的中轴线之间的距离相等。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的加热炉，所述内炉包括：

温度传感器，用于实时监测内炉内工件表面的温度；

内炉加热控制器，用于实时控制所述内炉的加热功率；

测径仪，用于实时监测内炉内工件的外径尺寸；

位移传感器，连接所述的加热元件，用于实时监测所述的加热元件的位置；

PLC控制器，分别连接所述的温度传感器、内炉加热控制器、测径仪、位移传感器和传动机构；所述的PLC控制器接收温度传感器、测径仪和位移传感器的信息，并根据该信息指令内炉加热控制器调节所述的内炉的加热功率以及指令传动结构控制所述的加热元件的运动。

优选的，前述的加热炉，其中所述加热元件处于距离中轴线最远端时其径向截面为矩形环；所述加热元件包括两个L型的加热棒，分别于内炉的上部和下部对称布置，分别定义为上加热棒和下加热棒；所述上加热棒通过柔性导电带串联连接所述下加热棒；所述加热棒未连接柔性导电带的一端分别用于连接电源的正负极；所述传动机构包括设置于外炉内部的丝杆和两个滑块；所述的上加热棒和下加热棒分别连接两个所述的滑块，通过所述的丝杆的转动使所述的上加热棒和下加热棒在竖直方向作相向运动或相背运动。

优选的，前述的加热炉，其中所述加热元件处于距离中轴线最远端时其径向截面为圆环，所述加热元件包括四个弧形的加热棒，分别于内炉的上部、右部、下部和左部对称布置，分别定义为上加热棒、右加热棒、下加热棒和左加热棒；所述上加热棒、右加热棒、下加热棒和左加热棒依次通过柔性导电带串联连接；所述加热棒未连接柔性导电带的一端分别用于连接电源的正负极；所述传动机构包括设置于外炉内部的丝杆和两个滑块；所述上加热棒和下加热棒分别连接两个所述的滑块，通过所述的丝杆的转动使所述的上加热棒和下加热棒在竖直方向作相向运动或相背运动；所述的左加热棒和右加热棒固定设置。

优选的，前述的加热炉，其中所述的加热元件采用硅钼棒制成。

优选的，前述的加热炉，其中两个所述的滑块共用一根丝杆；所述丝杆设置有尺寸相等、方向相反的两种螺纹；两种螺纹的界线设置于上加热棒和下加热棒距离中轴线最近时两个滑块所处的位置之间；每种螺纹在所述丝杆上的轴向长度大于或者等于所述滑块的行程。

优选的，前述的加热炉，其中所述的陶瓷连接件包括上连接件和下连接件；所述的上连接件连接下加热棒和传动机构；所述的下连接件连接上加热棒和传动机构；两个所述的滑块分别连接于所述的上连接件和下连接件上。

优选的，前述的加热炉，其中两个所述的滑块上分别设置有尺寸相等、方向相反的螺纹连接孔；连接所述的上连接件的滑块与所述丝杆配合带动所述的下加热棒运动；连接所述的下连接件的滑块与所述丝杆配合带动所述的上加热棒运动。

优选的，前述的加热炉，所述内炉还包括设置于外炉外边的接线柱；所述的接线柱通过硬质导电棒连接所述上加热棒的另一端和下加热棒的另一端；所述的接线柱采用硬质材料制成。

优选的，前述的加热炉，所述内炉还包括连接所述传动机构和所述PLC控制器的伺服电机；所述PLC控制器根据所述的测径仪和位移传感器的信息指令所述伺服电机驱动所述传动机构运动。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种光纤拉锥的方法，其包括以下步骤：

1)在光纤设定位置的外周形成环形温度场，加热其至拉锥温度，拉锥；

2)调节所述的环形温度场至处于环形温度场内的光纤表面的距离，使处于环形温度场内的光纤的温度稳定，其温度波动范围为±2℃。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的方法，其中在步骤1)之后和步骤2)之前还包括以下步骤：

A、实时监测处于环形温度场内的光纤的外径尺寸；

B、实时监测处于环形温度场内的光纤的温度；

步骤2)所述的环形温度场至处于环形温度场内的光纤表面的距离为热辐射距离；其中，调节热辐射距离通过PLC控制器实现；所述的PLC控制器获取所述的外径尺寸和所述的温度，并根据该信息调节所述的热辐射距离。

优选的，前述的方法，其中步骤2)所述的使处于环形温度场内的光纤的温度稳定通过PLC控制器实现；所述的PLC控制器获取所述的外径尺寸和所述的温度，并根据该信息调节所述的热辐射距离和调节环形温度场的加热功率。

优选的，前述的方法，其中所述的热辐射距离为15mm～20mm。

优选的，前述的方法，其中所述的环形温度场的宽度为5mm～25mm。

优选的，前述的方法，其中所述的环形温度场由硅钼棒发热形成。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种光学纤维锥，根据前述的方法拉制而成。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种粒子探测器，包含前述的光学纤维锥。

借由上述技术方案，本发明提出的一种加热炉、光纤拉锥的方法及由该方法制备的产品及其应用至少具有下列优点：

1、现有技术中的环形加热带的径向尺寸是固定的，当加热光纤毛坯件时，光纤毛坯件距离环形加热带的距离近，此时可以实现较好的加热效果；但是，随着光纤的拉制，其径向尺寸逐渐变小，环形加热带和光纤之间的距离逐渐变大，此时环形加热带对光纤的加热宽度变大，对工件的加热效率降低，温度不稳定；本发明提出的加热炉，其从结构上摆脱了传统环状加热带固定热辐射距离与宽度的特点，采用分体式加热体，对称设置于工件的外周，并通过软连接将其串联为一个整体电阻；通过为加热元件设置传动机构，使加热元件能够沿内炉径向运动；同时通过设计陶瓷连接件连接所述的加热元件和传动机构，使两者绝缘；此种结构设计使加热炉能够根据工件的成型需求，同步增、减内炉与工件之间的距离，可随时/适时调整工件热成型温度与热辐射距离，实现成型过程的可调可控；

2、本发明提出的加热炉，其在使用两个L型的电热棒或者四个弧形的电热棒组成加热元件并对称式安装，不仅能形成对称的封闭加热环，又能保证中心距在调节前、后，被加热工件受热均匀；利用一根设置有正反螺纹的螺杆同时连接两个加热体，在工件初步变形后或工件原坯料尺寸影响装卡的情况下，能够实现同步增加或减小内炉对工件的热辐射距离，继续有效控制高温区的宽度，保证热辐射能量充足，配合工件移动，实现对受热工件受热变形区的控制，从而最大范围把控工件变形过程；

3、本发明提出的加热炉，其采用硅钼棒作为加热带，不仅满足加热功率的需求，同时具备高温热稳定性好的优点，在高温加热时，外形尺寸稳定，不变形；

4、本发明提出的加热炉，其设计了透视窗口。通过该透视窗口，可以实现对被加热工件成型状态变化的实时观察，从而根据需求调整加热工艺。既能够满足对工件热成型过程的形态变化的监控，可以根据工件形态的变化调整加热内炉的热辐射内径，达到工件成型需求，又能够满足哑铃型的两端大中间小的坯板中部热成型的特殊需求，实现对小尺寸光学纤维元件的热成型加工过程的大范围控制，以制备出不同特殊外形要求的光纤制品；

5、本发明提出的加热炉和光纤拉锥方法，其主要适用于小尺寸纤维制品工件的热成型，整体上采用了内外炉结合的结构，并可根据工艺需要关闭外炉，仅采用单内炉的加热形式，这样有利于增加高温区的温度梯度，内炉加热升温，有效控制高温热辐射区的宽度。当内炉、外炉同时使用时，会具有更好的均温性和稳定性，可以做到升、降温过程的精密控制和精密退火；

6、本发明提出的拉锥方法制备的产品及其应用，其由于内炉的径向尺寸可变化，而轴向尺寸不变，可根据工件热成型需求改变热辐射距离，可以在更小宽度上提供更高的加热能量，能够最大限度满足纤维制品变形区长径比的更高需求，所制备的锥区的长径比大于或者等于0.25，所制备的锥区的锥比为1～4:1。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明一个实施例中加热炉的结构示意图；

图2是本发明另一个实施例中加热元件的结构示意图；

图3是本发明一个实施例中光锥毛坯初始拉伸时的结构示意图；

图4是本发明一个实施例中光锥毛坯被拉制成光锥坯体的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种加热炉、光纤拉锥的方法及由该方法制备的产品及其应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明提供一种加热炉，如附图1和附图2所示。所述的加热炉的炉体采用外炉和内炉的双层结构，其中炉体的外壳7采用耐热不锈钢材料，简洁美观不易氧化，使用寿命长。在炉体的顶部，采用保温隔热玻璃制作成双层真空可视窗，包括内视窗6和外视窗5，两层视窗之间为真空，通过该视窗可以实时观察炉内工件3的工况，可以手工调节加热元件1的位置；也可以根据观察到的工况调整所述的工件3的工艺参数。在炉体的底部，采用了高低可调式的四角式支撑脚16，以便于能够调整炉体的中心高度，使其与被加热的工件3的轴线高度保持一致。所述外炉的炉体设置于炉体底座13上，其包括外炉壳7、内炉壳以及夹在内炉壳、外炉壳之间的功能层；所述的功能层采用内外层双层结构；其内层9采用了较厚的硅酸铝耐火保温砖作为保温层，内有通孔，在通孔中还均匀安装了若干炉丝18为其加热；其外层8采用了隔热的陶瓷隔热层，此种结构设计能够起到良好的保温隔热作用，为工件的加工提供稳定的工作环境。

所述内炉设置于所述外炉的内部；所述外炉是封闭的加热空间，用于为待加工的工件提供工作环境；所述内炉用于集中加热所述待加工的工件的拟加工部分；所述的加热炉中，所述内炉的结构设计是本发明技术方案的关键。下面详细阐述所述内炉的结构：

所述内炉包括：加热元件1，其结构为两端敞口的筒状中空体，以中轴线处于水平方向设置于所述外炉的中部；在加热工件时，所述工件穿过所述筒状中空体，使工件拟加工部分处于所述的筒状中空体中；所述加热元件1的宽度一般为5mm～25mm，实际上当其宽度尺寸较小时看起来更像一个环体，其宽度根据拟加工的工件要求进行设计；所述内炉还包括传动机构，连接所述的加热元件，用于控制所述的加热元件沿垂直于中轴线的方向运动；所述内炉还包括陶瓷连接件，分别连接所述的加热元件和所述的传动机构，使所述的加热元件和所述的传动机构绝缘。所述的加热元件至少包括两个可相对运动的加热棒；所述的加热元件运动时，其中轴线位置保持不变；两个所述的加热棒对称设置，运动速度相等，运动方向相反，所述的加热棒与所述的中轴线之间的距离相等。

优选的，所述内炉包括用于实时监测内炉内工件表面的温度的温度传感器2，用于实时控制所述内炉的加热功率的内炉加热控制器，用于实时监测内炉内工件的外径尺寸的测径仪，连接所述的加热元件用于实时监测所述的加热元件的位置的位移传感器；所述内炉还包括PLC控制器，其分别连接所述的温度传感器、内炉加热控制器、测径仪、位移传感器和传动机构；所述的PLC控制器接收温度传感器、测径仪和位移传感器的信息，并根据该信息指令内炉加热控制器调节所述的内炉的加热功率以及指令传动结构控制所述的加热元件的运动。

所述的温度传感器2插入内炉的深度可调节，使其温感端能够始终接近被加热的工件表面，以实现对工件表面温度的真实监控。

所述的加热炉设置有视窗，可以人工观察所述的工件的实时状况并手动控制所述的加热元件的运动，使其与所述的工件的外周保持适当的距离。进一步的，为了能够更为精准地控制所述的内炉的热辐射区域、以及所述的内炉与所述的工件的外周的位置关系，本发明的技术方案中设置了PLC控制器，在工件加工生产过程中能够实施监测相关的参数并控制所述的参数处于最佳的状态。

所述的PLC控制器可以预先设置工艺参数的目标值。在生产过程中，通过温度传感器实时监测工件的温度，并指令所述的内炉加热控制器调节所述的内炉的加热功率，为工件提供均匀稳定的温度场；通过测径仪和位置传感器实时监测所述的内炉的热辐射区域、以及工件的外周与加热元件的相对位置，并指令所述传动机构控制所述的加热元件的运动，为工件提供均匀稳定的温度场。

所述的加热元件为分体式结构，组成加热元件的各加热部件均匀地设置于所述内炉内侧的各个方向上，当加热元件处于径向距离最大的位置时，其径向截面可以是圆环形、正方形环形、矩形环形等形状，可以为待加工的工件提供均匀稳定的温度场，使其在内炉内进行精准地温度控制，以提高拉锥的质量。

在本发明的一个实施例中，如附图1所示，所述加热元件处于距离中轴线最远端时其径向截面为矩形环；所述加热元件包括两个L型的加热棒，分别于内炉的上部和下部对称布置，分别定义为上加热棒和下加热棒；所述上加热棒通过柔性导电带17串联连接所述下加热棒使其成为相互连接的电阻；连接两个所述的加热棒的一端的柔性导电带需足够长，以保障在内炉加热过程中加热棒的升降动作不受其影响；所述加热棒未连接柔性导电带的一端分别用于连接电源的正负极可以为所述的加热棒供电发热；所述传动机构包括设置于外炉内部的丝杆和两个滑块；所述的上加热棒和下加热棒分别连接两个所述的滑块，通过所述的丝杆的转动使所述的上加热棒和下加热棒在竖直方向作相向运动或相背运动。本发明将所述的加热棒设计为L型，可以使加热棒在随着工件外径尺寸运动时采用较简单的传动机构即可实现加热元件在高温工作温度下的运动。

在本发明的一个实施例中，如附图2所示，所述加热元件处于距离中轴线最远端时其径向截面为圆环，所述加热元件包括四个弧形的加热棒，分别于内炉的上部、右部、下部和左部对称布置，分别定义为上加热棒、右加热棒、下加热棒和左加热棒；所述上加热棒、右加热棒、下加热棒和左加热棒依次通过柔性导电带17串联连接；所述加热棒未连接柔性导电带的一端分别用于连接电源的正负极；所述传动机构包括设置于外炉内部的丝杆和两个滑块；所述上加热棒和下加热棒分别连接两个所述的滑块，通过所述的丝杆的转动使所述的上加热棒和下加热棒在竖直方向作相向运动或相背运动；所述的左加热棒和右加热棒固定设置。被加热的工件多数为柱形工件，当加热元件为其加热时，为了使加热元件的各处尽量与工件保持较佳的热辐射距离，本发明的技术方案采用了弧形加热棒，通过上下加热棒的运动调节其与工件间的热辐射距离，可以使各处的热辐射距离尽可能均匀，也更有利于热量的充分利用。

所述的加热部件由多根加热棒通过柔性导电带17将其串联连接为一个整体的加热带，此种结构设计可以简化所述加热炉的结构，使其只要在一处接线通电，即可加热整个加热带。

所述的内炉加热控制器可以控制所述的内炉的开启或者关闭，也可以根据需要调节所述的内炉的加热功率，使所述的内炉为工件加工区提供精准可控的温度场。

优选的，所述的加热元件采用硅钼棒制成。

所述的加热棒采用大功率硅钼棒制成，旨在考虑硅钼棒的加热效率高。当工件拉细后，由于其外径离加热棒的距离逐渐变大。为了使得工件的温度场稳定，不会随着工件拉制而发生温度场的波动，本发明的技术方案同时采用以下的技术手段解决此问题。一方面，将所述的加热棒设计为可运动的加热棒，当工件的尺寸变细后，所述的加热棒会紧跟所述的工件运动，使得加热棒与工件的热辐射距离维持稳定；另一方面，采用大功率的硅钼棒提高加热棒的加热效率；同时，由于所述的工件在拉制过程中始终处于均匀旋转的状态，因此所述的工件各部位所受的温度场是均匀的稳定的。

优选的，两个所述的滑块11共用一根丝杆(10、12)控制所述的加热元件运动；所述丝杆设置有尺寸相等、方向相反的两种螺纹；两种螺纹的界线设置于上加热棒和下加热棒距离中轴线最近时两个滑块所处的位置之间；每种螺纹在所述丝杆上的轴向长度大于或者等于所述滑块的行程。随着丝杆的转动，两个滑块11携带所述的加热棒分别相向或相背运动，其运动速度相等，方向相反，可以实现同步增、减加热元件与工件间的距离，可以适时调整工件的热成型温度与热辐射距离，实现工件加工过程的可调可控，且所述的工件的环形温度场均匀稳定且对称，为其品质提供了保障。

优选的，所述的陶瓷连接件包括上连接件和下连接件；所述的上连接件连接下加热棒和传动机构；所述的下连接件连接上加热棒和传动机构；所述的上连接件上设置通孔，所述的上加热棒或者连接上加热棒的支架穿过所述的通孔，使两个滑块携带所述的加热棒上下运动时能够顺畅运动；两个所述的滑块分别连接于所述的上连接件和下连接件上。

优选的，所述的滑块和所述的连接件为一体化制造。

优选的，两个所述的滑块上分别设置有尺寸相等、方向相反的螺纹连接孔；连接所述的上连接件的滑块与所述丝杆配合带动所述的下加热棒运动；连接所述的下连接件的滑块与所述丝杆配合带动所述的上加热棒运动。

所述的丝杆上的螺纹与所述的螺纹连接孔的螺纹配合运动，可以使两个加热棒同步进退，也即两个加热棒同时向靠近中轴线的方向运动，或者两个加热棒同时向远离中轴线的方向运动，使两个加热棒始终对称的位于所述工件的两侧，始终为工件提供均匀稳定的温度场。

优选的，所述内炉还包括连接所述传动机构和所述PLC控制器的伺服电机；所述PLC控制器根据所述的测径仪和位移传感器的信息指令所述伺服电机驱动所述传动机构运动。

所述的丝杆的运动可以通过设置伺服电机进行自动驱动；伺服电机转子的转速受输入信号控制，并能快速反应，可控制其运动速度，且位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

所述的丝杆的运动也可以通过人工观察后手动控制进行调整；此种结构简单，且能够解决加热元件随着工件外周尺寸的变化而调整。

通过上述的技术方案，所述的加热棒分别分布于工件的两侧；两个加热棒同时相向运动或者相背运动，且运动速度相等，此种结构设计使得两个加热棒距离工件的距离始终相等，从而保证内炉所提供的温度场均匀稳定。

优选的，所述内炉还包括设置于外炉外边的接线柱4；所述的接线柱4通过硬质导电棒19连接所述上加热棒的另一端和下加热棒的另一端；所述的接线柱4采用硬质材料制成。

所述的加热棒为电加热棒；两个所述的加热棒的一端通过柔性导电带17连接为一个整体的电阻；两个所述的加热棒的另一端分别连接两个硬质材料制成的导电棒通入外炉外边的接线柱4上；所述的硬质导电棒19导电性好、发热低，所述的接线柱4也采用硬质材料制成。当所述的加热棒上下运动时，所述的接线柱也随着加热棒的运动而上下运动，且接线柱的运动范围始终处于外炉的外边。此种结构设计可以保证接线柱与所述的内炉炉体不接触，也不发生关系，便于加热棒升降运动时不受影响。

在所述的外炉的外边，还设置有与所述的丝杆(10、12)固定连接的丝杆旋钮15，用于根据工艺需要手工控制所述的丝杆的运动；所述的丝杆被伺服电机驱动转动时，所述的丝杆旋钮随之一起转动。

所述的丝杆旋钮15上还设置有卡槽；所述的外炉底座的下边设置有环形滑槽；所述的丝杆通过此环形滑槽和卡槽，配合固定销14能够固定丝杆在竖直方向的位置，使丝杆轴向位置固定，径向可以运动。

本发明还提出一种光纤拉锥的方法，其包括以下步骤：1)在光纤设定位置的外周形成环形温度场，加热其至拉锥温度，拉锥；2)调节所述的环形温度场至处于环形温度场内的光纤表面的距离，使处于环形温度场内的光纤的温度稳定，其温度波动范围为±2℃。所述的方法可以通过前述的加热炉实现。

优选的，在步骤1)之后和步骤2)之前还包括以下步骤：A、实时监测处于环形温度场内的光纤的外径尺寸；B、实时监测处于环形温度场内的光纤的温度；步骤2)所述的环形温度场至处于环形温度场内的光纤表面的距离为热辐射距离；其中，调节热辐射距离通过PLC控制器实现；所述的PLC控制器获取所述的外径尺寸和所述的温度，并根据该信息调节所述的热辐射距离。

优选的，步骤2)所述的使处于环形温度场内的光纤的温度稳定通过PLC控制器实现；所述的PLC控制器获取所述的外径尺寸和所述的温度，并根据该信息调节所述的热辐射距离和调节环形温度场的加热功率。

优选的，所述的热辐射距离为15mm～20mm。所述的热辐射距离是该方法关键的控制指标。当热辐射距离较近，例如小于15mm时，所述的环形温度场有可能使玻璃光纤的表面析晶，影响光纤的性能，因此热辐射距离要求大于或者等于15mm；而热辐射的距离较远时，例如大于20mm时，则会因为热辐射宽度的增加而减弱集中加热光纤的效果，因此较佳的热辐射距离为15mm～20mm。本发明通过PLC控制器控制环形温度场的热辐射距离，可以将上述的标准工艺参数预设至控制器中，然后控制器通过采集的温度、距离、外径等参数结合工艺标准，指令调节所述的热辐射距离和/或调节环形温度场的加热功率。

优选的，所述的环形温度场的宽度为5mm～25mm。所述的环形温度场的宽度主要由加热元件的宽度和热辐射距离两个因素共同决定。当热辐射距离符合前述的工艺标准时，所述的环形温度场的宽度接近于加热元件的宽度，或者略大于加热元件的宽度。所述的方法限定了环形温度场的宽度，主要考虑了现有光纤产品的规格的适用性。

优选的，所述的环形温度场由硅钼棒发热形成。

通过上述方法所制造的光纤产品，其可以制造出低长径比的产品，其长径比可以低至0.25。

通过上述方法所制造的光纤产品，其可以制造出大锥比的产品，其锥比范围为1～4:1。

下面通过具体的实施例对光线拉锥的方法作进一步说明：

所采用的光锥毛坯的尺寸如下：长L＝100mm，直径Φ41mm。

所采用的拉伸工艺参数如下：外炉温度450℃，内炉温度750℃，拉伸距离20mm，拉力28kg。

所述的加热炉如附图1所示，所述加热元件包括两个L型的加热棒，分别于内炉的上部和下部对称布置，通过柔性导电带串联连接，通电加热。

所述的加热元件的宽度为8mm；上下两根加热棒的初始间距为70mm；所述的两根加热棒随着拉锥区外径的变化距离减小，其最终间距为30mm。

具体的拉伸过程如下：

将加热元件的中心轴线与光锥毛坯的中心轴线对齐至同一高度。通过拉伸杆两端的伺服电机带动光锥毛坯在整个拉伸过程中匀速旋转，转速设定为0.5～1r/min。

对外炉进行升温，经过1个小时使其温度从室温升至450℃，保温10分钟。

对内炉进行升温，经过30分钟使其温度从450℃升至750℃，保持温度不变，通过伺服电机和拉力传感器给光锥毛坯两端各施加15kg但方向相反的拉力。约40分钟至50分钟后，光锥毛坯开始伸长。当拉伸距离至4㎜时，其拉伸力度增加至28Kg，此后拉伸速度逐渐加快；当拉伸距离达到16㎜时，光纤毛坯中心最小直径约10㎜，此时将拉力降至18Kg，2分钟内降温5℃，继续拉伸。

随着拉伸距离增加，上下加热棒之间的间距随锥体变形量逐渐增加。当拉伸距离达到20mm的时候，所述的上下加热棒正对的光锥毛坯的直径为Φ8.2mm左右，该结果是在拉伸过程中通过高温测径仪实时监测获得。此时，光锥毛坯被加工为光锥坯体，立即关闭内炉。

为了保证光锥坯体锥区的直径，此时将拉力将至3Kg以下，保证光锥成型状态。此时启动退火程序，使外炉经过20分钟从450℃升温至到605℃，在此温度下保温30分钟；最后再经过3个小时从605℃降温至室温。

经过上述的光纤拉锥后，将光锥坯体从中间切开，再经过后期加工成为光纤产品。

光锥毛坯初始拉伸时的结构示意如附图3所示；光锥毛坯被拉制成光锥坯体的结构示意如附图4所示。

经由本发明的技术方案制作的加热炉，不仅具备加热炉基本的加热和保温功能，而且该具备可变径的特点。在小高度、大锥比的纤维光锥制备和窄扭区光纤倒像器的制备中，能够充分发挥其特点。且，通过视窗观察，可以对热变形情况实时掌握，技术人员可以作相应的内炉中心距和高温区位置的适时调整控制，对产品制备起到保障作用。本发明的加热炉集多种特殊功能于一体，既能满足传统热加工需求，又能实现多尺寸特殊异形产品的制备。使用本发明的加热炉对光纤拉锥加工，所述的加热元件能够随着光线外径的变化运动，使光纤的受热宽度稳定，可以制备锥比大、长径比小的产品。上述实施例加工的光锥坯体，理论锥比为5:1；光锥坯体再经过后期加工，对光锥坯体的小端轴向切割、铣磨，大端的外形加工之后，其称为实际长径比为0.25，实际锥比为4:1的光锥产品。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种加热炉，包括外炉和设置于所述外炉内部的内炉，其特征在于，所述内炉包括：

加热元件，其结构为两端敞口的筒状中空体，以中轴线处于水平方向设置于所述外炉的中部；所述的加热元件至少包括两个可相对运动的加热棒；

传动机构，连接所述的加热元件，用于控制所述的加热元件沿垂直于中轴线的方向运动；

陶瓷连接件，分别连接所述的加热元件和所述的传动机构，使所述的加热元件和所述的传动机构绝缘；

所述的加热元件运动时，其中轴线位置保持不变；两个所述的加热棒对称设置，运动速度相等，运动方向相反，所述的加热棒与所述的中轴线之间的距离相等。

2.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述内炉包括：

温度传感器，用于实时监测内炉内工件表面的温度；

内炉加热控制器，用于实时控制所述内炉的加热功率；

测径仪，用于实时监测内炉内工件的外径尺寸；

位移传感器，连接所述的加热元件，用于实时监测所述的加热元件的位置；

PLC控制器，分别连接所述的温度传感器、内炉加热控制器、测径仪、位移传感器和传动机构；所述的PLC控制器接收温度传感器、测径仪和位移传感器的信息，并根据该信息指令内炉加热控制器调节所述的内炉的加热功率以及指令传动结构控制所述的加热元件的运动。

3.根据权利要求2所述的加热炉，其特征在于，所述加热元件处于距离中轴线最远端时其径向截面为矩形环；所述加热元件包括两个L型的加热棒，分别于内炉的上部和下部对称布置，分别定义为上加热棒和下加热棒；所述上加热棒通过柔性导电带串联连接所述下加热棒；所述加热棒未连接柔性导电带的一端分别用于连接电源的正负极；所述传动机构包括设置于外炉内部的丝杆和两个滑块；所述的上加热棒和下加热棒分别连接两个所述的滑块，通过所述的丝杆的转动使所述的上加热棒和下加热棒在竖直方向作相向运动或相背运动。

4.根据权利要求2所述的加热炉，其特征在于，所述加热元件处于距离中轴线最远端时其径向截面为圆环，所述加热元件包括四个弧形的加热棒，分别于内炉的上部、右部、下部和左部对称布置，分别定义为上加热棒、右加热棒、下加热棒和左加热棒；所述上加热棒、右加热棒、下加热棒和左加热棒依次通过柔性导电带串联连接；所述加热棒未连接柔性导电带的一端分别用于连接电源的正负极；所述传动机构包括设置于外炉内部的丝杆和两个滑块；所述上加热棒和下加热棒分别连接两个所述的滑块，通过所述的丝杆的转动使所述的上加热棒和下加热棒在竖直方向作相向运动或相背运动；所述的左加热棒和右加热棒固定设置。

5.根据权利要求3或4所述的加热炉，其特征在于，所述的加热元件采用硅钼棒制成。

6.根据权利要求3或4所述的加热炉，其特征在于，两个所述的滑块共用一根丝杆；所述丝杆设置有尺寸相等、方向相反的两种螺纹；两种螺纹的界线设置于上加热棒和下加热棒距离中轴线最近时两个滑块所处的位置之间；每种螺纹在所述丝杆上的轴向长度大于或者等于所述滑块的行程。

7.根据权利要求3或4所述的加热炉，其特征在于，所述的陶瓷连接件包括上连接件和下连接件；所述的上连接件连接下加热棒和传动机构；所述的下连接件连接上加热棒和传动机构；两个所述的滑块分别连接于所述的上连接件和下连接件上。

8.根据权利要求7所述的加热炉，其特征在于，两个所述的滑块上分别设置有尺寸相等、方向相反的螺纹连接孔；连接所述的上连接件的滑块与所述丝杆配合带动所述的下加热棒运动；连接所述的下连接件的滑块与所述丝杆配合带动所述的上加热棒运动。

9.根据权利要求3或4所述的加热炉，其特征在于，所述内炉还包括设置于外炉外边的接线柱；所述的接线柱通过硬质导电棒连接所述上加热棒的另一端和下加热棒的另一端；所述的接线柱采用硬质材料制成。

10.根据权利要求3或4所述的加热炉，其特征在于，所述内炉还包括连接所述传动机构和所述PLC控制器的伺服电机；所述PLC控制器根据所述的测径仪和位移传感器的信息指令所述伺服电机驱动所述传动机构运动。

11.一种光纤拉锥的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)在光纤设定位置的外周形成环形温度场，加热其至拉锥温度，拉锥；

2)调节所述的环形温度场至处于环形温度场内的光纤表面的距离，使处于环形温度场内的光纤的温度稳定，其温度波动范围为±2℃。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤1)之后和步骤2)之前还包括以下步骤：

A、实时监测处于环形温度场内的光纤的外径尺寸；

B、实时监测处于环形温度场内的光纤的温度；

步骤2)所述的环形温度场至处于环形温度场内的光纤表面的距离为热辐射距离；其中，调节热辐射距离通过PLC控制器实现；所述的PLC控制器获取所述的外径尺寸和所述的温度，并根据该信息调节所述的热辐射距离。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的使处于环形温度场内的光纤的温度稳定通过PLC控制器实现；所述的PLC控制器获取所述的外径尺寸和所述的温度，并根据该信息调节所述的热辐射距离和调节环形温度场的加热功率。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述的热辐射距离为15mm～20mm。

15.根据权利要求11至14任一项所述的方法，其特征在于，所述的环形温度场的宽度为5mm～25mm。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的环形温度场由硅钼棒发热形成。

17.一种光学纤维锥，其特征在于，根据权利要求11至16任一项所述的方法拉制而成。

18.一种粒子探测器，其特征在于，包含权利要求17所述的光学纤维锥。

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