CN111856653B - 一种光纤拉锥系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光纤拉锥系统，包括：工作台；光纤保持组件，固定设置在工作台上表面的中部，用于对光纤进行支撑使光纤保持稳定；前电极组件和后电极组件，分别间隔且对称设置在光纤保持组件的前后两侧且与工作台的上表面固定连接，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行加热；左拉伸组件和右拉伸组件，分别间隔且对称设置在光纤保持组件的左右两侧，用于将光纤两侧夹紧并向相反的方向进行拉伸；观测组件，固定设置在前电极组件与光纤保持组件之间，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行观察；照射组件，间隔设置在后电极组件后侧且与工作台上表面固定连接，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行照射，本发明具有能更好的实现光纤的拉锥过程的优点。

Description

一种光纤拉锥系统

技术领域

本发明属于光纤器件制造设备技术领域，特别涉及一种光纤拉锥系统。

背景技术

目前，微纳光纤是一种直径与其传输的光波长相近的光波导，通常由物理拉伸方法制成，具有强光场约束、强倏逝场、表面场增强效应以及反常波导色散等特性，基于其诸多特性，研究人员开发了一系列光纤器件，广泛应用于光通信、激光器、传感与检测、非线性光学、量子光学等领域。

微纳光纤体积小、损耗低的特点使其成为片上光网络传输的理想介质。随着CMOS工艺的发展，高性能集成电路的集成度与工作频率逐渐提高，当工作频率提高至GHz乃至更高量级时，传统片上金属连线受限于寄生电容、延迟时间、信号串扰等问题，将无法正常工作。相较于电介质传输，光信号传输具有许多电介质不可比拟的优点，如高带宽、低延迟、抗干扰等，有望替代传统片上系统所使用的共享总线。

光纤通信系统已在中、长、短距离通信应用场景中得以广泛应用，但对于片上级微尺度光通信，传统多模、单模光纤已无法使用，采用体积远小于标准单模光纤的微纳光纤方可与其适配，并有望突破现有总线架构的带宽瓶颈，在降低系统功耗的同时大幅提髙片上通讯效率，助力髙性能集成电路系统开发。

利用微纳光纤倏逝场能量强的特点，可开发各类具有尺寸微小、成本低廉、抗外界电磁干扰等诸多优势的无源光纤传感器。通过对普通光纤进行拉锥，可制备出微纳光纤。当微纳光纤的周围环境介质折射率发生变化时，倏逝波穿透深度与能量大小也随之发生改变，通过对接收端光强与光谱进行探测与分析，可实现对周围环境介质特性的分析。针对微纳光纤传感所具备的诸多优势，研究人员开发了多种新型微纳光纤传感器。

基于微光纤模式干涉仪的全光纤传感器具有灵敏度高、结构简单、制造容易、成本低等优点，已在应变、弯曲、磁场、液位、温度、空气或生化传感领域中得到广泛应用。由于微纳光纤表面的强倏逝场与周围环境的直接相互作用，微光纤传感能够直接探测周围介质的微量变化，使得对传统光纤传感对象如液体折射率等的灵敏度有明显提升，将使海水中浓度极低的硝酸盐的检测成为可能。此外，微纳光纤模式干涉仪具有小尺寸，易于制作，微尺度探测等优势，为未来低成本化、多功能化、集成化的光纤手段进行海洋或其他液体的原位超高灵敏度的传感研研究提供了科学依据。

为研制出具有强倏逝场、高灵敏度、均匀度高的微纳光纤器件，通常使用熔融拉锥工艺实现对微纳光纤传感器的加工。熔融拉锥工艺是目前制造光纤耦合器、光开关、微纳光纤传感器等各类光纤器件最为普遍的解决方案之一，熔融拉锥工艺因其流程较为简单且易于控制、良率高而得以广泛应用。

熔融拉锥工艺，即通过各种加热方式使光纤处于熔融状态的同时，在两端施加拉伸力，配以显微镜头或其他传感器进行实时监测，从而将光纤熔融区域塑形为预期状态。加热过程中，光纤的主要成分二氧化硅熔点高达1600℃，且要求精确控制加热区域大小，因此加热方式成为光纤熔融拉锥过程中极为重要的因素之一，将直接影响光纤拉锥的效率与出品质量。

目前常用的光纤熔融拉锥设备采用氢氧火焰作为热源，虽可达到操作温度，但氢氧火焰加热区域大小与温度难以精确控制，氢气与氧气制备较为繁琐且存在安全风险。二氧化碳激光器也是光纤熔融拉锥过程中可选的加热方式之一，采用二氧化碳激光器作为高功率光源，配合机械扫描镜可实现对光纤指定区域的加热，但由于该系统成本较高，驱动与控制复杂，无法得到广泛应用。此外，还可采用耐高温电热材料于保护气氛围中通电进行加热，但存在操作复杂、升温慢、加热器件寿命短、易与熔融光纤发生粘连等问题。

电弧加热相对于上述加热方式，具有升温快、效率高、成本低等诸多优势。相较于氢氧火焰加热所使用的氢气氧气制备设备及其相关消耗品，电弧加热仅消耗电能，电弧强度、持续时间均可直接通过电信号调制，控制与驱动电路均为固态器件，具有安全性高、稳定性高、寿命长、可实现高度集成化等优势。目前电弧加热技术已广泛应用于光纤熔接设备，国内外均已掌握技术并开发相关产品，可实现极低损耗的光纤熔接。而对于用于光纤传感等领域的微纳光纤的研制，电弧加热技术热区集中的优势显得尤为突出。通过对电弧发生装置进行优化，配以合理的拉锥机械结构与控制算法，或可实现高可重复性的光纤拉锥加工能力。

由于光纤拉锥技术广泛应用于耦合器、波分复用器、微纳光纤传感器等光纤器件的制作，拉锥技术与设备的研发一直在进行，并不断得到优化。自二十世纪七八十年代起，随着光纤光学的建立和发展，研究员们从普通光纤中拉制直径几微米到几十微米不等的微米级光纤，并基于此开发各类应用，如光纤滤波器、光纤耦合器、光纤谐振器、光纤传感器等。为制备微纳光纤，研究员们提出了多种微纳光纤制备方案，如静电纺丝法、化学腐蚀法、提拉法、加热熔融拉锥法等，其中加热熔融拉锥法的优点最为突出。

加热熔融拉锥又可分为手工拉锥与自动化拉锥，微纳光纤早期均通过手工拉锥进行制备，主要分为两步拉伸法和自调制拉伸法。两步拉伸法先将光纤在酒精灯火焰下加热拉至微米量级，再将其缠绕至宝石棒，通过对宝石棒加热传导，待细光纤软化后将其进一步拉至亚波长乃至纳米量级。自调制法则是利用光纤拉锥区的弯曲张力，随着光纤逐渐被拉细，其所需的拉伸力逐渐减小，拉锥区的张力也随之转移，从而获得较为理想的纳米级拉锥效果。

目前国内外相关光纤拉锥设备大多采用氢氧火焰作为热源，配合步进电机实现拉锥，如上海道生通讯设备有限公司曾与上海交通大学联合研制成功OC2010型熔融拉锥机，主要用于生产波分复用器与宽带耦合器，但目前市面罕见专业用于微纳光纤制备的成熟设备，多利用实验室通用器件与设备临时搭建，且采用氢氧火焰而非电弧实现集中热区的加热。

关于等离子电弧在光纤加工中的应用，目前在光纤通信领域广泛使用的光纤熔接机普遍采用高温电弧融化光纤完成对接，在进行熔接工作前，低功率的电弧放电可实现对光纤端面的清洁，香港理工大学团队使用爱立信FSU-975光纤熔接机，通过放电实现对光子晶体光纤的处理；暨南大学以及国内外诸多研究机构利用电弧间歇放电，配以全自动的移动与夹持机构，使得光纤产生周期性的密度变化，替代紫外线直写方案，制成长周期光栅光纤：日本富士通公司研究人员利用光纤放电加工半球锥形的光纤末端，经对比，反射损耗小于平坦光纤端面，实现了激光二极管输出至单模光纤的高效耦合，深圳大学等国内外研究机构利用电弧放电，在光纤末端制成玻璃球泡，形成法布里泊罗干涉仪结构,当球泡受到外界压力时会产生微小形变，从而利用干涉谱实现对末端压力的传感；南开大学利用电弧对保偏光纤进行处理，制成扭转角度传感器。近年来，光纤拉锥技术向着更长的拉锥长度、更细的拉锥直径、更高的直径均匀度方向发展，但对于热源，仍采用氢氧火焰居多，较少地使用电弧对光纤进行塑形操作，而更多地使用电弧对光纤进行刻制，如制作长周期光栅光纤。

除使用基于氢氧火焰的大热区光纤拉锥机实现拉锥，美国ThorLabs公司提供基于C02激光器和电热丝加热两种加热形式的光纤处理设备(含拉锥功能)，但售价极高难以普及，且电热丝加热器工作寿命仅有40分钟，为避免加热丝氧化，工作全程需要配以氧气保护，操作复杂。目前各团体、研究机构大多采用光纤熔接机的手动放电模式实现光纤拉锥，或采用高压电源+放电电极的方案配合位移平台搭建简易电弧发生装置，难以实现较高的成功率与可重复性。虽有少数高端光纤熔接机具有拉锥模式(如爱立信FSU-975光纤熔接机)，但仅作为辅助功能，并不适合专业使用，此类拉锥功能仅关注拉锥前后直径变化，而无法依照用户需求实现理想的锥度控制。锥度区域作为倏逝场生成的所在位置，对确保理想的实验效果起重要作用，提高锥度区的加工质量与可重复性将成为开发专用电弧拉锥机时所关注的重点之一。

若将电弧拉锥技术所需的各领域技术进行拆分，可见各领域技术均已成熟，如步进电机控制技术、高压电弧发生器技术、长寿命电极材料、显微成像观察等哈尔滨工业大学还曾针对光纤熔锥研发专用高频高压电源。通过对各项技术的整合，开发专用于微纳光纤制备的光纤拉锥系统将有利于提升微纳光纤的制备效率。

光纤拉锥需要强度大、持续稳定的等离子电弧，且要求电弧强度可控、可高速调制，电弧发生装置工作过程中易对外围电路产生电磁干扰，因此需针对该应用场景开发可满足需求的电弧发生装置，并设计屏蔽与隔离措施，高压部分使用独立电源，并通过磁耦合隔离器传输控制放电通断与放电强度的数字信号，阻断来自供电与数据线路的干扰，同时在高压发生电路出现故障时能够有效阻断强电输入控制与驱动部分，提高系统的安全性与稳定性。

电极形状与材质对产生持续稳定电弧至关重要，并通过影响电弧的温区分布进而影响拉锥质量。目前各类基于电弧放电的设备均面临寿命问题，由于等离子电弧温度高达数千摄氏度，工作时电极必然发生氧化与形变，当电弧形态困电极劣化而发生变化时，拉锥可重复性便受到影响。

在光纤拉锥过程中，产生等离子电弧融化光纤的同时还需驱动步进电机对光纤进行拉伸操作，施加拉伸的方式亟待实验验证与优化。需注意步进电机启停与细分驱动控制，避免波纹、抖动等影响拉锥质量的因素，采用恒力或恒速模式进行拉伸，以及拉伸开始与结束阶段的速度曲线等问题都需根据系统工作情况进行特殊设计，以确保可实现理想的锥度区域控制。

由于光纤较细且需要产生直径阶跃，放电融化与拉伸动作需在极短的时间内配合完成，且拉锥质量受放电强度、放电时机与时长、拉伸速度、拉伸方式(如恒力、恒速、缓加减速)、温湿度等诸多因素影响，需进行大量实验，并优化调整相关参数以获得理想的拉锥效果，必要时加入温湿度、气压传感器，参考光纤熔接机的自动补偿设计，针对不同外界环境情况自动做出放电强度、放电时间等参数的调整，从而确保拉锥质量与可重复性。

微纳光纤制备完成后极为脆弱，目前的光纤拉锥制备完成后通常采用手工转移，极易造成微纳光纤的二次损坏，需探索基于光敏固化技术的全自动夹持方式，设计相关机械结构、控制电路以及专用一次性夹具，拉锥完成后自动启动紫外线灯照射夹具光敏处，从而实现自动将光纤固定至一次性夹具的操作，便于用户保存和使用拉锥完成的微纳光纤，降低损坏风险。

为便于实时观察光纤拉锥状态，及时调整参数或发现异常情况，需设计显微观察等结构。显微物镜属精密光学器件，且高倍率的显微物镜焦距通常较短，观察时需贴近样品。但对于该应用场景，若物镜距离电极过近，将引弧烧毁镜头，且在电弧放电过程中，由于待加工光纤表面或存在残留的涂覆层或其他污物，遇高温产生溅射和烟雾将污染物镜表面。因此为兼顾长焦距与高倍率，显微物镜的成像与安装方式均需特殊设计。

发明内容

本发明提出一种光纤拉锥系统，实现光纤的拉锥过程。

本发明的技术方案是这样实现的：一种光纤拉锥系统，包括：

工作台，横向水平设置；

光纤保持组件，固定设置在工作台上表面的中部，用于对光纤进行支撑使光纤保持稳定；

前电极组件和后电极组件，分别间隔且对称设置在光纤保持组件的前后两侧且与工作台的上表面固定连接，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行加热；

左拉伸组件和右拉伸组件，分别间隔且对称设置在光纤保持组件的左右两侧，用于将光纤两侧夹紧并向相反的方向进行拉伸；

观测组件，固定设置在前电极组件与光纤保持组件之间，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行观察；

照射组件，间隔设置在后电极组件后侧且与工作台上表面固定连接，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行照射。

光纤的中部位于光纤保持组件上，光纤的两端被左拉伸组件和右拉伸组件夹紧，前电极组件和后电极组件对光纤保持组件支撑的电缆进行加热，随后左拉伸组件和右拉伸组件将电缆的两端向相反的方向拉伸，在此过程中，照射组件可以发出光源，将前电极组件和后电极组件加热光纤处照亮，观测组件对前电极组件和后电极组件加热光纤处进行拍摄并将拍摄信息传递到电脑上，方便操作人员观察加热处的情况。

作为一种优选的实施方式，光纤保持组件包括保持器夹具，保持器夹具的竖截面为直角三角形且其后侧面为斜面，保持器夹具顶部固定设置有保持器，保持器的设置方向与保持器夹具的后侧面平行，保持器顶部开放且其左右两侧分别开设有横向设置的凹槽，光纤的中部位于左右两侧的凹槽内，光纤的中部位于保持器上的凹槽内，通过保持器和保持器夹具对光纤的支撑作用，左右两个凹槽之间的光纤被前电极和后电极加热时，不会出现向下凹陷的情况，使得光纤的拉伸更加准确。

作为一种优选的实施方式，前电极组件包括竖向设置的前电极支架，前电极支架的上部固定设置有前电极法兰，前电机法兰内固定设置有前电极，前电极横向设置且与前电极支架互相垂直，后电极组件包括竖向设置的后电极支架，后电极支架的上部固定设置有后电极法兰，后电机法兰内固定设置有后电极，后电极横向设置且与后电极支架互相垂直，前电极与后电极相对设置，前电极的后端和后电极的前端分别位于保持器左右两侧之间的中部，前电极的后端和后电极的前端分别位于光纤中心的前后两侧，前电极通过前电极支架支撑，后电极通过后电极支架进行支撑，实现前电极和后电极对光纤的加热过程。

作为一种优选的实施方式，前电极法兰与前电极支架之间垫设有弹性尼龙片，前电极法兰与前电极支架之间通过四颗螺丝与螺母固定，后电极法兰与后电极支架之间垫设有弹性尼龙片，后电极法兰与后电极支架之间通过四颗螺丝与螺母固定，前电极法兰和后电极法兰内均设置有机米螺丝，通过调节四颗螺丝与螺母的松紧程度可实现对电极指向的微调，前电极法兰和后电极法兰内置机米螺丝，拧紧时可实现对前电极针和后电极针的锁紧，松开时可调整前电极针和后电极针的伸出长度，从而对弧区大小进行调节。

作为一种优选的实施方式，左拉伸组件包括横向设置的左电机主体，左电机主体的顶部滑动设置有左电机滑块，左电机滑块的顶部固定设置有左电机转接件，左电机滑块与左电机转接件的形状相同，左电机转接件的顶部固定设置有第一光纤夹，第一光纤夹的顶部固定设置有第二光纤夹，光纤的左端固定设置在第一光纤夹和第二光纤夹之间，右拉伸组件包括横向设置的右电机主体，右电机主体的顶部滑动设置有右电机滑块，右电机滑块的顶部固定设置有右电机转接件，右电机滑块与右电机转接件的形状相同，右电机转接件的顶部固定设置有第三光纤夹，第三光纤夹的顶部固定设置有第四光纤夹，光纤的右端固定设置在第三光纤夹和第四光纤夹之间，第一光纤夹和第二光纤夹夹紧光纤的一端、第三光纤夹和第四光纤夹夹紧光纤的另一端，实现在前电极和后电极加热光纤时将光纤向相反方向拉伸的目的。

作为一种优选的实施方式，第一光纤夹和第二光纤夹的连接处以及第三光纤夹和第四光纤夹的连接处与凹槽的底面等高设置，能更好的对光纤的两端进行拉伸，避免光纤受力不均的问题出现。

作为一种优选的实施方式，工作台的前侧开设有通孔，通孔位于前电极组件与光纤保持组件之间，观测组件包括倾斜且固定设置在通孔的前侧壁上的相机，相机倾斜方向与保持器的设置方向平行，相机的视场范围为前电极、后电极及光纤三者连线的交界处，通过相机的视场范围位于前电极和后电极加热光纤处，能更好的对光纤的加热处进行观测。

作为一种优选的实施方式，照射组件包括左右间隔设置的第一弯管和第二弯管，第一弯管和第二弯管的底部均与工作台表面固定连接，后电极支架位于第一弯管和第二弯管之间，第一弯管和第二弯管的前端固定设置有UV灯盒，UV灯盒倾斜且间隔设置在保持器上方，UV灯盒的倾斜方向与保持器的设置方向平行，通过UV灯盒的设置，能更好的对前电极和后电极加热光纤处进行照亮，UV灯盒包括用于固化的紫外LED与用于显微照明的白色LED，其中白色LED位于灯盒中央，正对相机视场提供照明，紫外LED位于灯盒两侧且分别指向左右两侧的保持器胶水槽，在点胶后可实现对胶水的紫外照射固化。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

1.利用等离子电弧替代氢氧焰，提高系统拉锥性能的同时降低操作难度，避免氢氧焰易发生爆炸的安全隐患；

2.UV固化的保持系统避免了传统拉锥设备无自动封装结构、在手动转移拉至极细的光纤时容易发生断裂损坏问题；

3.本发明采用的是基于温度场模拟的拉锥模式。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中光纤保持组件的结构示意图；

图3为图1中前电极组件的结构示意图；

图4为图1中后电极组件的结构示意图；

图5为图1中左拉伸组件的结构示意图；

图6为图1中右拉伸组件的结构示意图；

图7为图1中观测组件的结构示意图；

图8为图1中照射组件的结构示意图；

图9为本发明板桥驱动器的系统框图；

图10为TL494芯片系统框图；

图11为隔离式调制板系统框图；

图12为隔离式调制板电路原理图；

图13为隔离式调制板PCB设计图；

图14为隔离式调制板PCB实物图；

图15为升压变压器舱内结构图；

图16为前电极或者后电极采用普通钢针与钨针烧灼对比图；

图17为步进电机滑台结构图；

图18为步进电机驱动器结构示意图；

图19为PM-Y45型光电开关示意图；

图20为显微物镜结构示意图；

图21为CCD模组示意图；

图22为工作时UV固化灯的结构示意图；

图23为主控板电路原理图；

图24为主控PCB设计图；

图25为组态触摸屏模组；

图26为拉锥系统供电系统框图；

图27为静态拉锥模式工作流程；

图28为装配完成的手持终端；

图29为自动模式操作流程；

图30为渐进模式操作流程；

图31为拉锥加工实时画面示意图；

图32为加工效果确认界面示意图。

图中，1-工作台；2-光纤保持组件；3-前电极组件；4-后电极组件；5-左拉伸组件；6-右拉伸组件；7-观测组件；8-照射组件；9-光纤；11-通孔；21-保持器夹具；22-保持器；31-前电极支架；32-前电极法兰；33-前电极；41-后电极支架；42-后电极法兰；43-后电极；51-左电机主体；52-左电机滑块；53-左电机转接件；54-第一光纤夹；55-第二光纤夹；61-右电机主体；62-右电机滑块；63-右电机转接件；64-第三光纤夹；65-第四光纤夹；71-相机；81-第一弯管；82-第二弯管；83-UV灯盒；221-凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。

如图1～图32所示，一种光纤拉锥系统，包括：

工作台1，横向水平设置；

光纤保持组件2，固定设置在工作台1上表面的中部，用于对光纤9进行支撑使光纤9保持稳定；

前电极组件3和后电极组件4，分别间隔且对称设置在光纤保持组件2的前后两侧且与工作台1的上表面固定连接，用于对光纤保持组件2支撑的光纤9进行加热；

左拉伸组件5和右拉伸组件6，分别间隔且对称设置在光纤保持组件2的左右两侧，用于将光纤9两侧夹紧并向相反的方向进行拉伸；

观测组件7，固定设置在前电极组件3与光纤保持组件2之间，用于对光纤保持组件2支撑的光纤9进行观察；

照射组件8，间隔设置在后电极组件4后侧且与工作台1上表面固定连接，用于对光纤保持组件2支撑的光纤9进行照射。

光纤9的中部位于光纤保持组件2上，光纤9的两端被左拉伸组件5和右拉伸组件6夹紧，前电极组件和后电极组件4对光纤保持组件2支撑的电缆进行加热，随后左拉伸组件5和右拉伸组件6将电缆的两端向相反的方向拉伸，在此过程中，照射组件8可以发出光源，将前电极组件3和后电极组件4加热光纤9处照亮，观测组件7对前电极组件3和后电极组件4加热光纤9处进行拍摄并将拍摄信息传递到电脑上，方便操作人员观察加热处的情况。

光纤保持组件2包括保持器夹具21，保持器夹具21的竖截面为直角三角形且其后侧面为斜面，保持器夹具21顶部固定设置有保持器22，保持器22的设置方向与保持器夹具21的后侧面平行，保持器22顶部开放且其左右两侧分别开设有横向设置的凹槽221，光纤9的中部位于左右两侧的凹槽221内，光纤9的中部位于保持器22上的凹槽221内，通过保持器22和保持器夹具21对光纤9的支撑作用，左右两个凹槽221之间的光纤9被前电极33和后电极43加热时，不会出现向下凹陷的情况，使得光纤9的拉伸更加准确。前电极组件3包括竖向设置的前电极支架31，前电极支架31的上部固定设置有前电极法兰32，前电机法兰内固定设置有前电极33，前电极33横向设置且与前电极支架31互相垂直，后电极组件4包括竖向设置的后电极支架41，后电极支架41的上部固定设置有后电极法兰42，后电极法兰42内固定设置有后电极43，后电极43横向设置且与后电极支架41互相垂直，前电极33与后电极43相对设置，前电极33的后端和后电极43的前端分别位于保持器22左右两侧之间的中部，前电极33的后端和后电极43的前端分别位于光纤9中心的前后两侧，前电极33通过前电极支架31支撑，后电极43通过后电极支架41进行支撑，实现前电极33和后电极43对光纤9的加热过程。

前电极法兰32与前电极支架31之间垫设有弹性尼龙片，前电极法兰32与前电极支架31之间通过四颗螺丝与螺母固定，后电极法兰42与后电极支架41之间垫设有弹性尼龙片，后电极法兰42与后电极支架41之间通过四颗螺丝与螺母固定，前电极法兰32和后电极法兰42内均设置有机米螺丝，通过调节四颗螺丝与螺母的松紧程度可实现对前电极针33和后电极针43指向的微调，前电极法兰32和后电极法兰42内置机米螺丝，拧紧时可实现对前电极针和后电极针的锁紧，松开时可调整前电极针33和后电极针43的伸出长度，从而对弧区大小进行调节。

左拉伸组件5包括横向设置的左电机主体51，左电机主体51的顶部滑动设置有左电机滑块52，左电机滑块52的顶部固定设置有左电机转接件53，左电机滑块52与左电机转接件53的形状相同，左电机转接件53的顶部固定设置有第一光纤夹54，第一光纤夹54的顶部固定设置有第二光纤夹55，光纤9的左端固定设置在第一光纤夹54和第二光纤夹55之间，右拉伸组件6包括横向设置的右电机主体61，右电机主体61的顶部滑动设置有右电机滑块62，右电机滑块62的顶部固定设置有右电机转接件63，右电机滑块62与右电机转接件63的形状相同，右电机转接件63的顶部固定设置有第三光纤夹64，第三光纤夹64的顶部固定设置有第四光纤夹65，光纤9的右端固定设置在第三光纤夹64和第四光纤夹65之间，第一光纤夹54和第二光纤夹55夹紧光纤9的一端、第三光纤夹64和第四光纤夹65夹紧光纤9的另一端，实现在前电极33和后电极43加热光纤9时将光纤9向相反方向拉伸的目的。第一光纤夹54和第二光纤夹55的连接处以及第三光纤夹64和第四光纤夹65的连接处与凹槽221的底面等高设置，能更好的对光纤9的两端进行拉伸，避免光纤9受力不均的问题出现。

工作台1的前侧开设有通孔11，通孔11位于前电极组件3与光纤保持组件2之间，观测组件7包括倾斜且固定设置在通孔11的前侧壁上的相机71，相机71倾斜方向与保持器22的设置方向平行，相机71的视场范围为前电极33、后电极43及光纤9三者连线的交界处，通过相机71的视场范围位于前电极33和后电极43加热光纤9处，能更好的对光纤9的加热处进行观测。照射组件8包括左右间隔设置的第一弯管81和第二弯管82，第一弯管81和第二弯管82的底部均与工作台1表面固定连接，后电极支架41位于第一弯管81和第二弯管82之间，第一弯管81和第二弯管82的前端固定设置有UV灯盒83，UV灯盒83倾斜且间隔设置在保持器22上方，UV灯盒83的倾斜方向与保持器22的设置方向平行，通过UV灯盒83的设置，能更好的对前电极33和后电极43加热光纤9处进行照亮，UV灯盒83包括用于固化的紫外LED与用于显微照明的白色LED，其中白色LED位于灯盒中央，正对相机视场提供照明，紫外LED位于灯盒两侧且分别指向左右两侧的保持器胶水槽，在点胶后可实现对胶水的紫外照射固化。

为产生强度稳定可控的等离子电弧，本次设计采用基于TL494芯片方案的半桥驱动器电路，配合升压变压器实现高压输出，半桥驱动拓扑广泛应用于各类开关式电源变换电路，此次项目所使用的半桥驱动器系统框图。由TL494输出的PWM栅极驱动信号经TC4420栅极驱动器放大后输入栅极驱动变压器初级绕组，于次级绕组获得用于驱动MOS管的正负电压：高压变压器的一端与MOS管半桥输出端相连，另一端连接隔直电容以消除直流分量避免磁饱和。

TL494是一款由美国TI公司推出的开关电源脉宽调制芯片，广泛应用于各类开关电源方案，其内置频率可调的线性锯齿波振荡器，能够产生频率可调的锯齿波，内部电压比较器对锯齿波信号电压与输入参考电压进行实时比较，当输入参考电压大于锯齿波电压时关断输出，反之提供输出信号，通过改变其内部电压比较器的电压输入值实现对占空比的调节，同时为避免出现上下桥臂同时导通的情况，内部O.1V电压源可用于限制参比电压下限，确保占空比永远小于96％，即实现死区控制。与常规电源变换器利用光耦进行输出电压反馈的闭环工作模式不同，由于变压器次级绕组输出电压高达数十千伏而难以实现隔离测量，该驱动器将采用外部输入电压量进行占空比调节，即工作在开环状态。

电弧发生系统采用24V直流供电，峰值电流高达6A，且起弧、灭弧、电弧强度调节过程中会产生较强的电磁干扰，为屏蔽干扰，同时避免电弧发生装置在出现击穿、漏电等意外故障时影响整套系统其他部分导致故障扩大，设计时对半桥驱动器及其相关调制电路采取了电源、通信全隔离的设计方案。高压侧采用24V隔离式开关电源专门供电，不与系统其它部分共用电源，实现电源隔离：高压与低压侧的通信由ADuM1400四通道数字隔离器芯片实现，该芯片为美国ADI公司产品，基于该公司的iCoupler技术，利用磁耦合实现数字信号的隔离式传输，从而使AB两侧在无电气连接的情况下实现信号传输确定隔离与调制功能需求后，进行电路原理图设计。其中下侧框内为低压侧电路设计，上侧框为高压侧电路设计，二者之间无电气连接，隔离调制板输入接口需传输四路数字量信号，其中VIA为保险继电器控制引脚，VIB、VIC、VID为TLC5615芯片控制引脚高压侧所加载的24V供电经DCDC降压至5V，用于隔离芯片B侧、保险继电器线圈、DAC芯片以及电压基准供电，同时24V经保险继电器与半桥驱动板相连，保险继电器为一由PNP晶体管驱动的大功率(30A Max)单组触点继电器，在非放电状态时切断半桥驱动器电源，使系统当且仅当保险继电器吸合且DAC(数模转换芯片)设置为正常工作电压时才可产生电弧，避免意外放电，起到双重保险的作用。DAC采用TLC5615芯片方案，TLC5615是一款由美国德州仪器公司推出的10bit串行电压输出型DAC芯片，在不超过供电电压的情况下，其最大输出电压为基准电压的2倍。配以2V输出电压的阻F3020电压基准芯片，可输出0-4V电压量信号，从而满足TL494芯片0.5-3.5V对应最大占空比至0占空比的调制电压幅度需求。

若要利用等离子电弧替代传统氢氧焰进行拉锥，对电弧的弧形、热区分布等参数均有较高的要求，而放电电极对上述参数起决定性作用，因此前电极支架31和后电极43在具有绝缘、坚固、耐高温特性的同时还必须具备精细微调的能力此次项目全部定制化机械结构件均采用建模设计，前电极支架31和后电极支架41由前法兰和后法兰与底座两部分组成，前法兰和后法兰均为金属材质零件，用于夹紧前电极33和后电极43，并有助于前电极33或后电极43散热；前电极支架31和后电极43之间均由光固化打印工艺制成，通过四颗螺丝与分别与前法兰和后法兰固定，其间垫入1.Smm厚度的弹性尼龙垫片，通过调节四颗螺丝的锁紧程度即可实现对前电极33或者后电极43倾角的微调，加之前法兰或者后法兰机米螺丝对前电极33或者后电极43针伸出长度的调节，实现了对前电极33或者后电极43末端的三自由度调节。

此次项目使用的电极针必须具各极强的耐高温能力，否则将在等离子电弧的高温下迅速发生烧蚀、融化，从而影响拉锥操作的一致性。

为实现精确可控的拉锥动作执行，此次项目选取2只有效行程50mm、丝杆导程1mm的步进电机滑台，搭载步距角为1.8°的28步进电机，如圈所示，当驱动器设置为32细分时，最小分辨率为1/6400mm，但由于采用梯形丝杆，存在O.1mm的回差，工作时需做消回差控制。

步进电机驱动器方案选用FLST-MTlRB型步进电机驱动器(，此款步进电机驱动器由天津飞普达能电子科技有限公司生产，通过基于RS485接口实现的MODBUS-RTU协议进行控制，最大驱动电流2.5A，供电范围9-32V，单模块支持1路步进电机驱动输出、2路限位开关信号输入，多模块可在设置不同地址的情况下进行级联，从而实现单总线控制。

为实现上电后的电机自动归位，并在控制异常时避免步进电机滑台滑块超出运行区域，滑台两端需设置限位开关，左右滑台共需要四路限位开关，本次项目选用PM-Y45型光电限位开关，配合光固化打印制成的挡片实现限位。由于采用光方式进行限位探测，不存在机械触点磨损问题，其寿命与可靠性远高于普通机械开关。利用PM-Y45的NPN信号输出引脚与步进电机驱动板相连接，并将两限位开关设置为低电平触发的限位保护模式，在电机单向运行的情况下，当对应方向侧限位开关遮光时，步进电机立刻停止运动。与将限位开关连接至主控单片机IO口的方案相比，将限位开关直接与驱动模块相连能够节省主控单片机IO资源，同时提高限位保护的响应速度与稳定性。

为确保光纤9装夹稳定可靠的同时不致损坏光纤9，选取光纤熔接机专用的光纤夹实现待拉锥光纤9的夹持，光纤夹与步进电机滑台滑块间设计转接件进行连接，与电机安装后所示光纤夹专为夹持直径为125μm的单模光纤9而设计，上盖为合金材质，内嵌橡胶垫实现防滑，下部装有钕磁铁以实现吸附夹紧。安装时通过M2杯头螺母与转接件固定，转接块根据光纤夹具底部形状设有凸起结构，可避免光纤夹发生扭转或松动，转接块采用M3杯头螺母与步进电机滑台滑块实现固定。

为实现光纤9拉锥过程中以及拉锥结束后的实时观察，需设计显微放大系统，选用16mm无畸变镜头，通过M12转接环延长其后工作距。

图像传感器采用SONY4140 CCD方案的单板模组，由于显微物镜距离放电区域较近，且电孤放电时存在较强的电磁干扰，CCD组件选用全金属外壳进行屏敲，为实现显微放大组件45°斜向上安装，底板开方孔，配合专门设计的支架，实现下沉式安装。有效显示范围为4.8*3.7mm，视场范围内无明显畸变，放电过程中图像清晰稳定，无异常干扰现象。

传统拉锥设备在拉锥完成后，通常需要手工将光纤9转移至保持支架进行固定，以便保存和测试。但拉锥后的光纤9锥区极细，脆弱易断，在手工转移和固定的操作过程中易发生损坏，这提高了拉锥的操作难度，降低了微纳光纤9的制备效率，为此本发明提出了一种自动封装的微纳光纤9制备与安装方式，设计如下图所示，在拉锥操作开始前，用户首先将一次性保持器22安装至保持器22支架，安装完成后装夹光纤9进行拉锥操作待拉锥完成后，若拉锥效果符合要求，则在保持器22两侧的胶水槽中滴加UV固化胶，并在操作终端中选择“固化”选项，此时位于胶水槽上方的365nm紫外LED会自动点亮40s，使UV固化胶感光凝固，固化完成后，用户只需打开光纤夹，将保持器22于保持器22架上取下即可，微纳光纤9两端的相对位置由保持器22维持，不易发生断裂。若用户在拉锥操作阶段拉断光纤9或拉锥效果未达到要求，可在滴加UV固化胶之前更换新的光纤9而无需更换一次性保持器22.

UV固化LED与白色LED照明灯位于同一结构中，通过SS8050NPN晶体管驱动，实测可在30s的时间内使保持器22胶槽中的胶水完全固化，与灯壳相连的弯管为柔性万向软管，方便用户调整固化灯的角度，在全套系统装入设备箱后也可弯折收纳放置，便于合盖。

光纤9拉锥系统所需外设资源如表1所示：

外设名称	接口资源
		步进电机控制器	USART*1(转RS485)
电弧发生器	IO*4
		照明灯、UV固化灯	IO*2
组态串口屏	USART*1
		用户上位机	USART*1

针对项目外设类型、数量以及功能需求，本次选用STM32F103RCT6作为主控芯片，基本参数如表2所示：

芯片位宽	32位
		最高主频	72MHz
连通a性	CAN,12C,IrDA,LIN,SPI,UART/USART,USB
		外围设备	DMA,电机驱动，PDR,POR,PVD,PWM，温
IO数量	51
		FLASH容量	256KB
RAM容量	48K
		封装形式	LQFP-64

除必要的电源、晶振、指示灯外，与上位机通信部分采用了全隔离的CH340 USB转串口芯片方案，此外加入SHT20温湿度传感器芯片，以便后续升级温湿度自动补偿功能。电路原理图设计完成后，交由制板厂进行打样。

为便于用户直观、高效地对拉锥系统进行操作，此次光纤9拉锥机设计采用8英寸组态触摸屏实现人机交互，该屏幕自带iTE 400MHz主频SOC支持外部视频采集输入，可直接使用VisualTFT软件进行UI界面的设计，易于开发与集成。

为提高系统抗干扰能力，屏幕与主控箱采用外径约10㎜的六芯屏蔽双绞线连接，视频传输线发送与接收两端安装双绞传输器(巴伦)，将视频信号转换为差分信号传输，抑制共模干扰。根据屏幕有效显示区域大小，配以手持工控终端专用的塑料外壳，此款外壳可适配8英寸大小的工控屏幕。安装过程中，在屏幕与外壳边框的衔接处填充硅胶材料，测量屏幕模组与外壳边缘间隙参数，定制专用PVC贴纸，以实现对间隙部分的遮盖。

外部采用220V供电，通过两个开关电源转换为24V 6.5A(Max)和12V3A(Max)，为电弧发生器以及其他外设部分供电。开关电源次级绕组与初级绕组间隔离，负极采取非接地设计，外壳接地屏蔽。对于有5V供电需求的主控板以及隔离调制板，各设置一DCDC降压模块。

步进电机控制器的驱动基于MODBUS-RTU协议控制，由主控芯片USART接口经转换模块转为RS485信号传输，MODBUS-RTU单寄存器写入协议格式如表3所示，由地址码、功能码、起始地址、数据、CRC校验部分组成。

表3 MODBUS-RTU 0x06指令结构

地址

功能码

起始高

起始低

数据高

数据低

CRC低

CRC高

0x0c

0x06

0x00

0x01

0xhh

0xhh

0xhh

0xhh

多寄存器连续写入协议格式如表4所示，在单寄存器写入协议的基础上增加了数量、字节数以及更多数据字节。

表4 MODBUS-RTU 0x10指令结构：

地址

功能码

起始高

超始低

数量高

数量低

字节数

数据高

数据低

……

CRC低

CRC高

0x0c

0x10

0x00

0x01

0x00

0xhh

0xhh

0xhh

0xhh

……

0xhh

0xhh

此次项目主要使用以下功能，对应地址如表5所示，可将以上操作内容直接封装为函数，以便提高开发效率。

表5电机驱动所需主要寄存器地址

功能描述	寄存器地址
		开机参数	0x0010
步进频率	0x0013
		细分数	0x0014
功能开关	0x0017
		0x001B指定步进数启动电机	0x001B

电弧发生器部分驱动程序主要实现对保险继电器以及TLC5615DAC芯片的控制。用于控制保险继电器的PA12引脚仅需以推挽输出模式初始化即可，低电平时继电器吸合，接通半桥驱动器供电。TLC5615 DAC芯片驱动时序如下，与SPI协议存在相似之处，CS引脚低电平有效，数据位在时钟的上升沿捕获，每次通讯需发送12bit，其中前10bit为输出值，后2位补0，输出状态在CS引脚的上升沿刷新。DAC虽具有1024级的分辨率，可输出0-4V电压，但考虑到较低的占空比范围内无法维持放电，需将占空比范围下限设置为45％，将该范围至最大占空比区间等分为100份，实现100级电弧强度控制。

电弧调制板引脚定义：

组态触摸屏基于USART接口实现驱动，关闭CRC校验功能时的通讯协议格式如表6所示：

指令	EE	XX	XX XX...XXX	FF FC FF FF
					说明	帧头	指令	指令参数	帧尾

一条指令由帧头、指令、指令参数、帧尾构成，屏幕厂家提供了完整的STM32方案底层驱动程序，可直接调用，工程文件中将屏幕控制部分程序命名为“INTERFACE”，主要使用按钮、画面切换、文本输入与输出控件。静态拉锥模式主要为短锥区拉锥操作设计，工作时光纤9的中心位置相对于底板保持静止，两电机运动方向相反，速度相同。

光纤9装夹完毕后，首先按照预先设置的预热功率与预热时长利用低功率电弧对光纤9进行预热，防止光纤9脆裂：预热完毕后，电弧功率提升至拉锥设置值，光纤9受热软化后左右步进电机向相反方向启动，开始执行拉锥动作，待步进电机运行至指定位置后，电弧延时等待一段时间后关闭，完成拉锥操作。

等离子电弧具有热区集中的特性，易实现短锥区拉锥操作，但对于长锥区拉锥需求，若采用电弧摆动的方式实现加热，气流扰动等因素或对电弧的稳定性产生影响，因此专为此应用场景设计动态拉锥模式，即在电弧保持固定的情况下，使左、右步进电机滑台滑块发生左右往复的同步运动，若以电弧中心作为参考，左右滑块连线中心相对于电弧中心做等幅往复运动，若以一侧的滑块为参考，另一侧滑块向远离方向运动。即该模式下左右滑块在同向往复运动的速度分量之上叠加反向的拉锥速度分量，从而实现小热区加热下的长锥区拉锥。

在拉锥动作开始前，首先依据输入的同步摆幅、同步摆速、拉锥速度、拉锥距离等参数计算电机每一步的运动的具体运动参数并存入内存，电机运行至每一步时可直接调用，从而避免了运行同时进行浮点运算所造成的动作时延差。计算完成后，电机外移一段安全距离(光纤9于电弧预热前完成装夹)，以免在摆动过程中触发限位保护，电弧预热完成后，左右滑块开始以计算的运行参数进行往复摆动，摆动运行的时长与拉锥长度成正比例关系，但用户输入的拉锥距离并不一定能够在整数个摆动周期中完成，因此当剩余拉锥距离运行时间小于一个完整的摆动周期时，程序进行结尾拉锥动作，即在该周期内仅运动剩余拉锥长度而非完整的单次摆动拉锥长度。

自动模式主要用于指定外形尺寸的拉锥操作，在此模式下，用户只需输入光纤9锥区的总长度、细区长度以及细区直径即可自动完成拉锥。系统内部通过事先确定的参数相关性公式，自动计算用于拉锥的预热时间、电弧功率、拉锥速度、运动距离等参数并予以执行。用户只需输入锥区总长度、细区长度、细区直径，在需要用户动手操作的步骤均辅以由三维建模导出的简笔示意图，使用户能够更加形象、直观地完成操作。

渐进模式专为微纳光纤9传感器干涉谱的获得而设计，在此模式下，系统不再针对光纤9的锥区外形尺寸参数进行拉锥，而是由用户设置单次拉锥循环的微小变化量，并在拉锥开始前，将光纤9与用于评估其特性的仪器相连(如光谱仪、光功率计等)，使用时不断执行细微的拉锥操作，待每次拉锥循环结束后实时观察检测状态，直至经仪器检测获得满意的拉锥效果方可停止拉锥。

手动模式主要用于一些较为特殊的拉锥加工以及其他光纤9处理工作(如放电清洁表面)，当系统工作于该模式时，用户可完全手动地对电弧发生器、步进电机、UV固化灯进行控制。为进一步提高拉锥系统操作界面的用户友好程度，为使用者提供更多辅助功能，除自动模式、渐进模式、手动模式菜单外，预留了封装模式、观察模式、联机模式、使用说明等功能，并在必要的位置设置安全提醒、错误警告等功能。

执行光纤9拉锥操作时，为满足实验所需，除自然形成的锥状外，或需制备位置-直径呈不规则变化的特殊结构，针对此类拉锥需求，传统的基于加热时间、加热强度的加热控制或无法满足需求，需要利用计算机模拟技术对拉锥形态进行反演计算，利用计算生成的运动控制代码实现精确的拉锥控制，在此模式下，等离子电弧的功率、各电机运动的速率并非恒定值，而是依照反演结果随时间呈非规则变化。

对于二氧化硅材质的光导纤维(以下简称光纤9)，达到熔点后，其内部各点的软化程度随该点温度值而发生变化，为实现对光纤9位置-直径的任意塑形，需精确控制光纤9各点的加热时间、加热强度、冷却时间等参数。上述用于控制拉锥机运行的具体参数则由计算机温度场模拟实现。物质系统内各个点上温度的集合称为温度场，是时间和空间坐标的函数，反映了温度在空间和时间上的分布。光纤9加热模型属于非稳定温度场，其各点的温度随时间推移而发生变化，此变化过程可由温度场模拟计算获得。

由于此模式存在较为复杂的参数设置与交互，且温度场模拟计算对算法运行平台的算力具有较高要求，因此在进行基于温度场模拟的加工操作时，用户需通过USB接口将光纤9拉锥系统连接至计算机，在上位机软件中输入待加工光纤9的标号、工作波长、外形等参数以及预期的塑形形状等参数，拉锥系统所搭载的温度、湿度、气压传感器自动获取拉锥加工区域的初始环境参数并上传至上位机软件，等离子电弧的加热能力(热源模型)基于事先测定的定标值实现校准，在获取用于建模的全部参数与信息后，即可通过软件实现对拉锥全程的模拟计算，从而完成对拉锥加工时两电机同步运动与异步运动速度、距离以及电弧实时加热功率的反演求解，求解算法又基于温度场模型的有限元分析实现，参数求解完毕后，生成用于控制电机与电弧发生器的运动控制代码，以供光纤9加工控制使用。

当系统工作于基于温度场模拟的全自动拉锥模式时，拉锥机步进电机、电弧发生器等组件由上位机全权控制，可对上位机发出的指令作出实时响应。待用户装夹完毕、拉锥参数设置与计算完成后，由用户在上位机软件对拉锥设置值以及相关参数进行确认并下达开始指令，上位机软件依照计算完成的运动控制代码对步进电机与电弧发生器执行实时控制，在控制过程中，用户可于观察窗口中看到由显微物镜拍摄的光纤9加工区域实时图像，若发现光纤9损坏或系统工作异常，可通过急停按钮快速关闭系统。

待拉锥加工结束后，上位机软件向用户发出加工完毕的提示信息，同时切换至观察模式显微放大画面，实拍画面中将叠加预期加工效果的轮廓线以供用户对拉锥加工效果进行确认，由于显微放大倍数较高，视场大小有限，此时用户可通过观察界面的左右键缓慢移动光纤9实现对加工区域的完整观察，在观察模式下移动光纤9时，用户左右电机的运动保持高度同步，以避免对其装夹的光纤9造成损坏。待用户确认完毕，即可选择是否执行封装功能并完成本次拉锥操作。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光纤拉锥系统，其特征在于，包括：

工作台，横向水平设置；

光纤保持组件，固定设置在工作台上表面的中部，用于对光纤进行支撑使光纤保持稳定；

前电极组件和后电极组件，分别间隔且对称设置在光纤保持组件的前后两侧且与工作台的上表面固定连接，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行加热；

左拉伸组件和右拉伸组件，分别间隔且对称设置在光纤保持组件的左右两侧，用于将光纤两侧夹紧并向相反的方向进行拉伸；

观测组件，固定设置在前电极组件与光纤保持组件之间，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行观察；

照射组件，间隔设置在后电极组件后侧且与工作台上表面固定连接，用于对光纤保持组件支撑的光纤进行照射；

所述光纤保持组件包括保持器夹具，所述保持器夹具的竖截面为直角三角形且其后侧面为斜面，所述保持器夹具顶部固定设置有保持器，所述保持器的设置方向与保持器夹具的后侧面平行，所述保持器顶部开放且其左右两侧分别开设有横向设置的凹槽，所述光纤的中部位于左右两侧的凹槽内。

2.根据权利要求1所述的一种光纤拉锥系统，其特征在于，所述前电极组件包括竖向设置的前电极支架，所述前电极支架的上部固定设置有前电极法兰，所述前电极法兰内固定设置有前电极，所述前电极横向设置且与前电极支架互相垂直，所述后电极组件包括竖向设置的后电极支架，所述后电极支架的上部固定设置有后电极法兰，所述后电极法兰内固定设置有后电极，所述后电极横向设置且与后电极支架互相垂直，所述前电极与后电极相对设置，所述前电极的后端和后电极的前端分别位于保持器左右两侧之间的中部，所述前电极的后端和后电极的前端分别位于光纤中心的前后两侧。

3.根据权利要求2所述的一种光纤拉锥系统，其特征在于，所述前电极法兰与前电极支架之间垫设有弹性尼龙片，所述前电极法兰与前电极支架之间通过四颗螺丝与螺母固定，所述后电极法兰与后电极支架之间垫设有弹性尼龙片，所述后电极法兰与后电极支架之间通过四颗螺丝与螺母固定，所述前电极法兰和后电极法兰内均设置有机米螺丝。

4.根据权利要求1所述的一种光纤拉锥系统，其特征在于，所述左拉伸组件包括横向设置的左电机主体，所述左电机主体的顶部滑动设置有左电机滑块，所述左电机滑块的顶部固定设置有左电机转接件，所述左电机滑块与左电机转接件的形状相同，所述左电机转接件的顶部固定设置有第一光纤夹，所述第一光纤夹的顶部固定设置有第二光纤夹，所述光纤的左端固定设置在第一光纤夹和第二光纤夹之间，所述右拉伸组件包括横向设置的右电机主体，所述右电机主体的顶部滑动设置有右电机滑块，所述右电机滑块的顶部固定设置有右电机转接件，所述右电机滑块与右电机转接件的形状相同，所述右电机转接件的顶部固定设置有第三光纤夹，所述第三光纤夹的顶部固定设置有第四光纤夹，所述光纤的右端固定设置在第三光纤夹和第四光纤夹之间。

5.根据权利要求4所述的一种光纤拉锥系统，其特征在于，所述第一光纤夹和第二光纤夹的连接处以及第三光纤夹和第四光纤夹的连接处与凹槽的底面等高设置。

6.根据权利要求1所述的一种光纤拉锥系统，其特征在于，所述工作台的前侧开设有通孔，所述通孔位于前电极组件与光纤保持组件之间，所述观测组件包括倾斜且固定设置在通孔的前侧壁上的相机，所述相机倾斜方向与保持器的设置方向平行，所述相机的视场范围为前电极、后电极及光纤三者连线的交界处。

7.根据权利要求2所述的一种光纤拉锥系统，其特征在于，所述照射组件包括左右间隔设置的第一弯管和第二弯管，所述第一弯管和第二弯管的底部均与工作台表面固定连接，所述后电极支架位于第一弯管和第二弯管之间，所述第一弯管和第二弯管的前端固定设置有UV灯盒，所述UV灯盒倾斜且间隔设置在保持器上方。

8.根据权利要求7所述的一种光纤拉锥系统，其特征在于，所述UV灯盒的倾斜方向与保持器的设置方向平行，所述UV灯盒包括用于固化的紫外LED与用于显微照明的白色LED，其中白色LED位于灯盒中央，紫外LED位于灯盒两侧。

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